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H-Parameter einer OPV Schaltung
 
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FIPI'



Anmeldungsdatum: 30.10.2012
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 21. März 2015 15:29    Titel: H-Parameter einer OPV Schaltung Antworten mit Zitat

Hi,

folgendes Problem:

Ich habe hier eine Aufgabe, in der gefordert wird, die H-Parameter einer OPV Schaltung zu bestimmen. Unter normalen Umständen habe ich damit keine Probleme, jedoch stoße ich beim OPV momentan an meine Grenzen. Ich kann einfach nicht den Lösungsweg nachvollziehen, den ich in meiner Mitschrift notiert habe. Vielleicht könnte da ja einer von Euch mal drüber schauen und mir ggf. Hilfestellungen bei den ersten beiden H-Parametern geben, die in meiner Mitschrift ganz unten notiert habe...

http://image-upload.de/image/rqHuBL/45774be885.jpg

Darüber wäre ich sehr dankbar!

--
edit schnudl: H-Parameter einer OPV Schaltung statt H-Parameter eines OPV's



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schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 21. März 2015 19:21    Titel: Antworten mit Zitat



In diesem Fall liegt der obere R3 gegen Masse, und damit parallel zu R2. Der Eingangswiderstand aus der Sicht von U1 ist damit 10R+(20R||20R) = 10R; und das ist das H11.



Hier können wir einfach fortsetzen:

Der Strom I1 teilt sich gleichermaßen zwischen R2 und R3 auf.



Am (+) Eingang liegt U1/2; damit liegt an R4 die Spannung U1/2 gegen Masse; der Strom ist daher



Der gesuchte Ausgangsstrom ist die negative Summe von I(R3) und I(R4) (Knoten am Ausgang):


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Zuletzt bearbeitet von schnudl am 22. März 2015 07:19, insgesamt einmal bearbeitet
FIPI'



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Beitrag FIPI' Verfasst am: 21. März 2015 20:48    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo schnudl,

vielen Dank für die Darlegung Deines Vorgehens! Im Nachinein kann ich mir das schon verständlich zusammenreimen, jedoch sehe ich so Sachen wie "R3 liegt gegen Masse und somit parallel zu R2" einfach nicht. Das liegt wohl daran, dass ich diese Art von Schaltungsmodell nicht gewohnt bin und eher mit der konventionellen Variante -also mit der Darstellung eines geschlossenen Kreises zu arbeiten.
Ich weiß nicht, ob das so klar wird, was ich damit meine...

Vielen Dank und Grüße
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 22. März 2015 08:13    Titel: Antworten mit Zitat

FIPI' hat Folgendes geschrieben:
Im Nachinein kann ich mir das schon verständlich zusammenreimen, jedoch sehe ich so Sachen wie "R3 liegt gegen Masse und somit parallel zu R2" einfach nicht.


ich sehe das auch nicht sofort, aber wenn man es hinzeichnet, wird es klar. Elekrotechnik ist eigentlich eine sehr visuelle Disziplin. Big Laugh

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FIPI'



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Beitrag FIPI' Verfasst am: 23. März 2015 22:16    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Schnudel,

ich habe die vergangene Zeit nochmal genutzt und mir alles in Ruhe nochmal angeguckt. Soweit ist auch erstmal alles klar, doch aus einer Sache werde ich nicht schlau:

Woher bzw. wohin fließt der Strom über ?

Wenn ich mir jetzt bspws. eine invertierende OPV-Schaltung anschaue, sehe ich dass der Strom dort über den oberen Widerstand fließt, nicht aber direkt wieder aus dem OPV heraus bzw. ausgangsseitig in ihn hinein.. Zudem ist der Eingangswiderstand des idealen OPV ja unendlich, sodass eigentlich gar kein Strom dort hineinfließen kann..

http://elektroniktutor.oszkim.de/analogverstaerker/av_pict/invert2.gif

Könntest Du mir da vielleicht weiterhelfen? Mir wird einfach nicht klar, aus welchem Grund der Strom sich zwischen und teilen sollte, wenn es bei der inv. Schaltung nur den einen Strompfad über gibt...

Über jede Hilfe wäre ich dankbar!
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 23. März 2015 23:13    Titel: Antworten mit Zitat

Der Strom durch R4 kommt links vom Ausgang des OPs. Vom - Eingang kann er ja nicht kommen, da dieser hochohmig ist.
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 24. März 2015 01:03    Titel: Antworten mit Zitat

Hi schnudl,

danke schonmal für die Antwort. Dass der Strom vom Ausgang hatte ich mir auch überlegt, aber jetzt das große ABER (und auch der Grund für meine verlinkte Schaltung des inv. OPVs): Wieso ist das beim invertierenden OPV nicht so? Man sieht in der verlinkten Grafik ja ganz klar, dass der Strom I_2 und somit auch U_2 ganz klar über R_2 geht und es scheinbar keinen Ausgangsstrom gibt, der an diesen Größen beteiligt ist.
Wieso ist das in meiner hier geposteten Aufgabe so, im Normalfall einer inv. OPV-Schaltung jedoch nicht?

Das ist eben leider das, was mich ein wenig verwirrt... Übersehe ich da etwas?

Aber dennoch vielen Dank für Dein Engagement! :-)
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 24. März 2015 16:39    Titel: Antworten mit Zitat

Du vergleichst ja zwei völlig verschiedene Schaltungen...
beim nicht-invertierenden Verstärker kommt der Querstrom aus dem Ausgang des OPs. Was stört dich denn daran?

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 25. März 2015 08:02    Titel: Antworten mit Zitat

Naja, das Verständnisproblem kann man eigentlich darauf herunterbrechen, dass ich nicht verstehe, warum sich der Strom hier dadurch errechnet, dass ich durch (also dem Gesamtwiderstand der Eingangsseite parallel zu dem gegengekoppelten Widerstand der Ausgangsseite) teile.

Deshalb auch das Beispiel mit dem invertierenden Verstärker. Dort errechnet sich der Strom lediglich durch ( liegt dort gewissermaßen auch in Reihe, weil durch den Eingang ja kein Strom fließt, trotzdem zieht man diesen Widerstand nicht zur Berechnung von hinzu. Bei der von mir geposteten Aufgabe tut man das mit dem mit in Reihe liegenden Widerstand jedoch schon). Das macht für mich auch Sinn, denn hier werden eingangs- und ausgangsseitiger Widerstand voneinander getrennt, weshalb auch keinen Sinn machen würde.
Natürlich haben die Schaltung nur teilweise etwas miteinander zu tun, aber insbesondere die Kopplung mit dem dazugehörigen Widerstand bereitet mir einfach Probleme, da er in jeweils beiden Schaltungen scheinbar anders behandelt wird..

In vorliegender Schaltung kann ich das aber scheinbar, was für mich einfach keinen Sinn macht. Verstehst Du, worauf ich hinaus will?


Zuletzt bearbeitet von FIPI' am 25. März 2015 08:15, insgesamt einmal bearbeitet
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 25. März 2015 08:13    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn U2=0 ist, liegt R3 doch parallel zum R2. Der Eingangswiderstand ist dann R1+ R2||R3.
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 25. März 2015 08:17    Titel: Antworten mit Zitat

Würde das im Umkehrschluss bedeuten, dass wenn ich bei dem invertierenden Verstärker U_2 ebenfalls mit einem Kurzschluss = 0 setzen würde, ich den Strom I_1 beim invertierenden mit
berechnen müsste?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 25. März 2015 08:37    Titel: Antworten mit Zitat

ja und nein. Der invertierende Verstärker wird dann nicht mehr als Verstärker arbeiten...Du schließt ja den Ausgang kurz. Da kommt Unsinn raus smile
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 25. März 2015 08:47    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, meinte das jetzt rein aus der Sicht der Netzwerkberechnung. Zunge raus
Aber dieser Logik folgend müsste das doch auch bei meiner Schaltung der Fall sein oder? Ich setze U_2 = 0, aber durch den Spannungsfolger war U_2 = U_1/2. U_1/2 liegt jedoch weiterhin über R4 an, weshalb ich durch den Kurzschluss U_2 nicht wirklich null gesetzt haben, wegen U_2 = U_1/2 =/= 0 und dem dazugehörigen Knotenstrom U_1/(2*R4), der dort fließt. Verstehst Du daher meine Verwirrrung bzgl. der gesamten Schaltung? Big Laugh
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 25. März 2015 18:12    Titel: Antworten mit Zitat

FIPI' hat Folgendes geschrieben:
Ich setze U_2 = 0, aber durch den Spannungsfolger war U_2 = U_1/2.

wieso? du setzt ja U2=0.
Dann kann U2 ja nicht U1/2 sein... also was meinst du hier?


U_1/2 liegt jedoch weiterhin über R4 an

richtig

weshalb ich durch den Kurzschluss U_2 nicht wirklich null gesetzt haben,

was hat die Spannung an R4 mit U2 zu tun?


wegen U_2 = U_1/2 =/= 0 und dem dazugehörigen Knotenstrom U_1/(2*R4), der dort fließt. Verstehst Du daher meine Verwirrrung bzgl. der gesamten Schaltung?

leider nein

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 25. März 2015 19:27    Titel: Antworten mit Zitat

Naja R4 liegt ja ganz klar an der Ausgangsseite des OPV und dort liegt ja die Spannung U1/2 an. Also wie kann denn der Kurzschluss U2 = 0 setzen, UR4 aber nicht? Die haben doch das gleiche Potenzial. Die Eigenschaft eines Spannungsfolger ist doch auch gerade die, dass U2 = U1 (hier U1/2) ist..
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 25. März 2015 20:04    Titel: Antworten mit Zitat

Am Ausgang des OPs liegt U1/2. Dieser Ausgang (am linken Ende von R4) ist aber nicht der Punkt, der gegen Masse kurzgeschlossen ist: das ist ja das rechte Ende von R4.

Da ist keinerlei Widerspruch...

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 09:54    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

ich habe mir das gestern nochmal zu Gemüte geführt und denke, dass ich dank Dir fast alles verstanden habe! Danke dafür!

Jedoch ist mir gestern beim "Ausprobieren" verschiedener Schaltszenarien aufgefallen, dass ein Post nochmal korrigiert werden sollte. Und zwar geht es um den hier von mir:

FIPI' hat Folgendes geschrieben:
Würde das im Umkehrschluss bedeuten, dass wenn ich bei dem invertierenden Verstärker U_2 ebenfalls mit einem Kurzschluss = 0 setzen würde, ich den Strom I_1 beim invertierenden mit
berechnen müsste?


Beim Kurzschluss des Ausgang des invertierenden Verstärkers ist es durch die virtuelle Masse ( (+)- und (-)-Eingang) liegen auf dem selben Potenzial, also kann man sich eine Verbindung zwischen diesen beiden Eingängen denken) ja so, dass der Kurzschlusszweig, der werden lässt, ja ebenfalls parallel zu liegt. Somit wäre auch im Kurzschlussfall , da ja kurzgeschlossen wird.
Natürlich hast Du aber Recht damit, dass das dem Sinn eines Verstärkers widersprechen würde.



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schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 11:10    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, diese Überlegung ist unrichtig.
Wenn du die Ausgangsseite des OPs mit Masse verbindest, kann keine Gegenkopplung mit dem Eingang mehr stattfinden. Daher wird auch die Spannungsdifferenz zwischen invertierendem und nicht-invertierendem Eingang nicht Null: Diese Annahme ist ja gerade eine Konsequenz der Gegenkopplung, und nicht eine intrinische Eigenschaft des OPs.

Daher liegen R1 und R2 in Serie gegen Masse, da in den Minus Eingang nichts hineinfliessen sollte. Konsequenz: der OP geht in Sättigung -> kein Verstärkerbetrieb

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 11:39    Titel: Antworten mit Zitat

Achsoooo stimmt, ohne Ausgangsspannung auch keine Rückkopplung und keine Differenzspannung, die gegen 0 geht.. Hätte ich das regeltechnische Modell von dem Teil im Kopf gehabt, wäre mir das wohl auch klar geworden.. ^^

In meiner Ausgangsschaltung von ganz oben findet also ebenfalls keine Rückkopplung statt (wegen U2 = 0 bzw. Kurzschluss), da trotz des entstandenen Parallelverhaltens von R2 und R3 keine "wirkliche" Ausgangsspannung anliegt, die der OPV entsprechend rückkoppeln könnte?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 11:58    Titel: Antworten mit Zitat

Doch, hier ist ja ein Widerstand zwischen dem Ausgang des OPs und dem Ausgang der Schaltung. Die Gegenkopplung erfolgt über die Verbindung des OP-Ausgangs zu seinem (-) Eingang.
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 12:29    Titel: Antworten mit Zitat

Okay danke! Eine letzte Frage dazu (und dann bist Du mich los Big Laugh ) hätte ich dann doch noch.
Angenommen der Ausgang der obigen Ausgangsschaltung im Eingangspost wird mit einem Lastwiderstand belastet (Gerne mit R = unendlich = Leerlauf oder R = 5R) - welche Ausgangsspannung sieht der OPV bei der Rückkopplung dann (Neben der Ausgangsspannung der Schaltung existiert ja auch ein Spannungsabfall an R4 wegen des Spannungsfolgers)?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 19:57    Titel: Antworten mit Zitat

In diesem allgemeinen Fall musst du halt das Gleichungssystem lösen.
Zwei Gleichungen, zwei Unbekannte.

Z.B. kannst du ja gleich die Vierpolparameter verwenden: Für die h-Parameter hat man dann, wenn die Ausgangsseite mit einem beliebigen RL abschließt



und daher



Daraus kannst du U2 berechnen, wenn U1 gegeben ist.

Genauso gut kannst du auch mit dem Knotenpotenzialverfahren oder einem ähnlichen Verfahren arbeiten, um die beiden Unbekannten Spannungen in der Schaltung (Ausgangsspannung des OPs, Ausgangsspannung der Schaltung) zu bestimmen. Klar, dass man das nicht auf Anhieb sieht...Rocket Science ist es aber auch keine :-)

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 20:24    Titel: Antworten mit Zitat

Okay, dankeschön! Verstanden habe ich das auf Anhieb nicht, aber das liegt wohl eher daran, dass da generell noch einige Lücken vorliegen. Die werden sich hoffentlich bald auflösen und dann erkenne ich vielleicht auch für Dich triviale Zusammenhänge.. Zunge raus

Hab' vielen Dank, Du hast mir schonmal enorm weitergeholfen! Tanzen
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 20:33    Titel: Antworten mit Zitat

Knoten- und Maschengleichungen sind deine Freunde. Nütze sie!
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 20:53    Titel: Antworten mit Zitat

schnudl hat Folgendes geschrieben:
Knoten- und Maschengleichungen sind deine Freunde. Nütze sie!


Ach, die Maschengleichung versagt bei mir schon, siehe Bild von gestern.. Big Laugh

, weil in der einen Masche nur ein Spannungsabfall existiert... Hammer



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schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 20:59    Titel: Antworten mit Zitat

und was ist mit dem Spannungsabfall über R2? Der gehört ja auch zur Masche...Die Masche geht ja nicht entlang der untere Kante des Dreiecks, welches den OP symbolisiert Big Laugh
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 26. März 2015 21:01    Titel: Antworten mit Zitat

schnudl hat Folgendes geschrieben:
und was ist mit dem Spannungsabfall über R2? Der gehört ja auch zur Masche...Die Masche geht ja nicht entlang der untere Kante des Dreiecks, welches den OP symbolisiert Big Laugh


Unterbrechen Aus- und Eingangsleitung nicht die Masche?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 26. März 2015 22:11    Titel: Antworten mit Zitat

siehe Bild!


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Beitrag FIPI' Verfasst am: 27. März 2015 10:18    Titel: Antworten mit Zitat

Ja klar, das leuchtet mir ja auch alles ein, nur greift das bei der anderen Schaltung nicht .. Wenn Aus- und Eingangsleitung keine Begrenzer für 'ne Masche sind, bleibt völlig außen vor, sofern ich nicht noch 'nen weiteren Maschenumlauf unterhalb des OPVs zeichnen würde...
Für die Ausgangsmasche ergäbe sich lediglich:



, was die Spannung gar nicht berücksichtigen würde, welche jedoch gerade notwenidg wäre, um eine logische Maschengleichung aufzustellen, für den Fall, dass es bspws. gar nicht in dieser Schaltung geben würde.



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schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 27. März 2015 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

Es hindert dich aber niemand, eine zweite Maschengleichung aufzustellen, wo R4 enthalten ist.

Abgesehen davon, ist Udiff in deiner ersten Masche nicht enthalten!

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 27. März 2015 12:32    Titel: Antworten mit Zitat

schnudl hat Folgendes geschrieben:
Es hindert dich aber niemand, eine zweite Maschengleichung aufzustellen, wo R4 enthalten ist.

Abgesehen davon, ist Udiff in deiner ersten Masche nicht enthalten!


Okay Korrektur:

M1:

M2 (bei gleicher Maschenrichtung): .

So richtig?

Das war's dann jetzt aber auch mit der Fragerei,
nochmals vieeeelen Dank! Thumbs up! Thumbs up!
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 27. März 2015 15:06    Titel: Antworten mit Zitat

ja, das ist richtig.
Und wo ist nun das Problem?

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Beitrag FIPI' Verfasst am: 27. März 2015 15:23    Titel: Antworten mit Zitat

schnudl hat Folgendes geschrieben:
ja, das ist richtig.
Und wo ist nun das Problem?


Jetzt wurden alle Probleme geklärt, wusste halt nur nicht wie das beim OPV aussieht. Stichwort: Begrenzung der Masche durch die knotenbildenden Ein- und Ausgangsleitungen.
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Beitrag FIPI' Verfasst am: 27. März 2015 17:40    Titel: Antworten mit Zitat

Ach ja, die Maschengleichung der zweiten Masche war nicht so ganz richtig. Ich habe U_2 vergessen. Richtig lauten müsste die zweite Gleichung: .
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