Dioder + OP-amp - ingen förståelse alls
Det känns som det finns många missförstånd här för mig. Hur tänker ni här? Jag tror min förståelse för hur driver detta system är fel. Det jag vet om är dioderna är att de leder en ström om spänningen över dem är över .
Sedan känns uppgiften generellt knasig när insignalens amplitud aldrig ens kommer över .
Det sorgliga facit:
Är ”den sorgliga facit”-figuren verkligen tagen ur en lärobok? Tidsaxeln verkar inte korrekt. Hur är det då i övrigt?
Jag håller med om att det var ett sorgligt facit. Så vitt jag kan se innehåller det minst två fel!
Fel 1. Som du mycket riktigt påpekade, om Uin har amplituden 0.5V och Vt = 0.7V så kommer D1 inte att bli framspänd. Kopplingen är en inverterande förstärkare om man tittar på Uin till Uop (utsignalen från OP:n).
Uop = -Uin som är < 0.7V, så på andra sidan D2 får vi ingen spänning alls.
Fel 2. Om man sätter Vt = 0V så stämmer facits resonemang men kurvan är fel. När Uin < 0V så funkar kopplingen som en inverterande förstärkare men då kommer utsignalen att innehålla positiva halvperioder.
Jag började undra om det var något jag totalt hade bommat så simulerade detta också med detta resultatet:
Vout1 är samma som Vop och den med största amplituden av utsignalerna. Vout2 är Uut
Snyggt ThomasN!
Är inte påståendet "dioderna är ideala med vT=0,7" motsägelsefullt?
Jag tyckte nog att D1 kan bli framspänd eftersom UOP negerar insignalen och då skulle spänningen över D1 kunna bli större än 0,7V.
Ett tips till MrPotatohead om läroboken är dålig på att förklara vad en op-amp är och vad den kan användas till är att kolla Wikipedia. Det har jag gjort halva eftermiddagen, intressant, framförallt alla användningsområden.
@Jan Ragnar
Detta är en tentafråga och facit antar jag är antingen av examinatorn eller en trött doktorand. Förmodligen det andra för sådan handstil känner man igen. Bedrövlig.
@ThomasN
Förstår inte hur du kommer fram till
När Uin < 0V så funkar kopplingen som en inverterande förstärkare men då kommer utsignalen att innehålla positiva halvperioder.
Är det helt enkelt för att D1 inte leder och vi får en negativ återkoppling? Hur kommer du till fram till att det blir positiva halvperioder?
@Peter
Är inte påståendet "dioderna är ideala med vT=0,7" motsägelsefullt?
Det ideala är nog istället att den har oändlig lutning vid V_T.
Jag tyckte nog att D1 kan bli framspänd eftersom UOP negerar insignalen och då skulle spänningen över D1 kunna bli större än 0,7V.
Hur menar du?
Som ni märker går det knackigt.
Är det helt enkelt för att D1 inte leder och vi får en negativ återkoppling? Hur kommer du till fram till att det blir positiva halvperioder?
Japp, när Uin är negativ så blir utsignalen på Op-ampen positiv. Det är så den kopplingen fungerar. Förstärkningen bestäms av de två motstånden som är lika stora så då blir förstärkningen -R/R = -1.
Som ni märker går det knackigt.
Ånej, tycker jag inte alls. Du är på rätt spår.
Är detta en tentauppgift så blir man ju nästan lite mörkrädd.
Jag tänkte helt enkelt att t.ex. vid de tidpunkter då Uin är -0,5V så blir Uut=0,5V (enligt facit iaf) och då ser det ut som att vi har en spänning över D1 på 1V. Å andra sidan kan väl spänningen över D1 inte bli större än 0,7V (om vi antar en lodrät karaktäristik vid VT)?
Jag tänkte helt enkelt att t.ex. vid de tidpunkter då Uin är -0,5V så blir Uut=0,5V (enligt facit iaf) och då ser det ut som att vi har en spänning över D1 på 1V.
Det stämmer nog inte är jag rädd. Återkopplingsmotståndet gör så att OP:ns -ingång hamnar på samma potential som +ingången, dvs 0V.
För att ge hela bilden av min simulering, här är ett skärmklipp på den:
Här har jag satt insignalen till 0.5V i amplitud, som i uppgiften.
ThomasN skrev:Jag tänkte helt enkelt att t.ex. vid de tidpunkter då Uin är -0,5V så blir Uut=0,5V (enligt facit iaf) och då ser det ut som att vi har en spänning över D1 på 1V.
Det stämmer nog inte är jag rädd. Återkopplingsmotståndet gör så att OP:ns -ingång hamnar på samma potential som +ingången, dvs 0V.
Det betyder att spänningen över R1 i ditt schema skulle vara Uin. Det skulle förvåna mig (utan att veta så mycket om op-amps) om det var så.
Med risk för att verka tjurskallig så vill jag nog hävda att det är så. :-)
OP-ens utgång styrs av skillnaden mellan - och +. Den skillnaden förstärks med en väldigt hög förstärkning, kanske så mycket som 100 000 gånger. Det är genom återkoppling man får en användbar förstärkarkoppling där förstärkningen så gott som helt bestäms av kringkomponenterna, i detta fallet de båda motstånden och dioden D1.
Snygga simuleringar! Men blå färg på en graf med svart bakgrund ska jag komma ihåg att inte använda... ;)
ThomasN skrev:Är det helt enkelt för att D1 inte leder och vi får en negativ återkoppling? Hur kommer du till fram till att det blir positiva halvperioder?
Japp, när Uin är negativ så blir utsignalen på Op-ampen positiv. Det är så den kopplingen fungerar. Förstärkningen bestäms av de två motstånden som är lika stora så då blir förstärkningen -R/R = -1.
Men vad händer då med den negativa U_in? Dels går det in en positiv del från återkopplingen och dels kommer negativa delar från U_in. Men jag anar att det inte är så det går till. (Att en så basic fråga om OP-ampen lyckats smita igenom är lite läskigt.)
Liten sammanfattning:
För negativa insignaler får vi positiva Uop och således en bakspänd D1. All utsignal återkopplas då i R. Räknar man på förstärkningen ser man att den blir 1 (-1) och Uop=-Uin=Uut. Fast detta gäller först då |Uin| > 0,7? Men så verkar det inte bli i simuleringarna. Hur kan D2 leda ström när Uop är ex 0,5?
För positiva insignaler får vi istället negativa Uop, vilket gör D2 bakspänd och Uut=0. D1 blir dock bara framspänd för Uin>0,7, vilket vi konstaterat egentligen aldrig händer (?)
ThomasN skrev:... OP-ens utgång styrs av skillnaden mellan - och +.
och
OP:ns -ingång hamnar på samma potential som +ingången
Man förstärker en 0:a? Det är det som förvånar mig. Men som sagt jag vet inte så mycket om det här.
Det är den höga förstärkningen i OP:n som gör att man kan ta till en del förenklingar.
En ideal OP har oändlig förstärkning och oändlig in-impedans på ingångarna. Minsta lilla spänningsskillnad mellan - och + ingångarna gör att utgången slår "i taket" (positiva matningsspänningen) eller ner "i källaren" (negativa matningsspänningen).
När vi har återkoppling som i detta fallet så behöver utgången bara gå så mycket positivt eller negativt att spänningsskillnaden mellan ingångarna blir så gott som 0V. Det brukar kallas att -ingången blir en "virtuell jordpunkt".
Ett räkneexempel:
I och med att +ingången är jordad så kommer -ingången också att styras mot jord av spänningen från utgången.
Iin = (Uin-0)/R1 och Ifb =(0-Uop)/R2.
Med oändlig in-impedans går det ingen ström in i ingången och då får vi att Iin = Ifb.
(Uin-0)/R1 = (0-Uop)/R2 => Uin/R1 = -Uop/R2 => (Uin*R2)/R1 = -Uop => Uop = -R2/R1 * Uin
(Det går att göra samma uträkningar med en negativ inspänning, strömmarna ändrar bara riktning.)
En riktig OP har ju inte oändlig förstärkning men om R2/R1 << Aop så kan man ändå räkna så här.
Mycket att läsa men hoppas det gav lite.
