Onderwerpen:
- Opamp inleiding
- Inventerende versterker
- Niet-inventerende versterker
- Verschil- / Differentiaalversterker
- Inventerende opteller
Opamp inleiding:
Opamp staat voor operational amplifier; in het Nederlands betekent dat: oparationele versterker. Opamps worden toegepast in geïntegreerde schakelingen (zoals op printplaten in computers) met een zeer hoge versterkingsfactor, waarmee de ingangsspanning (bijv. van een sensor) wordt versterkt. Het versterkte signaal is dan geschikt als ingangssignaal voor een regelapparaat, zoals de ECU. De versterkingsfactor kan wel 100.000 en meer bedragen.
Door middel van weerstanden kan de versterkingsfactor worden teruggebracht, zodat de uitgangsspanning nooit de (van te voren) maximale waarde kan overschrijden.
De afbeelding toont het symbool van een opamp. De aansluitingen VS + en VS – worden vaak weggelaten.
Wanneer er een spanningsverschil over de opamp ontstaat en spanning op de + groter is als op de -, dan wordt de uitgangsspanning versterkt. Andersom, wanneer de – groter is als de +, dan wordt de uitgangsspanning negatief versterkt. Hier kan bewust gebruik van worden gemaakt met een inventerende versterker. Bij een inventerende versterker zal de uitgangsspanning negatief zijn. De plus- en mintekens in de afbeelding van de opamp zullen ook wisselen. Zoals de opamp nu afgebeeld staat is het een niet-inventerende versterker. De uitgangsspanning zal positief zijn.
Inventerende opamp:
De positieve ingang van de opamp is aan massa gelegd. De positieve spanning is dus altijd 0. De weerstandwaarden bepalen de versterkingsfactor (A). De spanning “U in” kan een sensorsignaal zijn dat versterkt wordt naar de ECU welke op de uitgang U uit aangesloten zit.
Bij een inventerende opamp is de versterkingsfactor te berekenen met de volgende formule:
Er volgt nu een rekenvoorbeeld met U in = 1 Volt en U in = 4 Volt. Door de breuken kruislings te vermenigvuldigen wordt de spanning U in vermenigvuldigd met de versterkingsfactor. Hiermee wordt de uitgangsspanning (U uit) berekend.
Wanneer de versterkingsfactor verhoogd wordt (bijvoorbeeld naar 100) zul je zien dat met een minimale verhoging van U in, de U uit erg hard stijgt. Vergeet nooit dat de uitgaande spanning van de inventerende opamp negatief is.
R1 = 10kΩ = 10000Ω
R2 = 20kΩ = 20000Ω
Niet-inventerende opamp:
De niet-inventerende opamp te vergelijken met de inventerende opamp. Het verschil is, zoals de naam al doet vermoeden, dat deze opamp de spanning niet inventeert (omdraait). De uitgaande spanning is dus positief. De volgende berekening voeren we op de simpele manier uit, door de versterkingsfactor A met de ingangsspanning te vermenigvuldigen.
R1 = 10kΩ = 10000Ω
R2 = 20kΩ = 20000Ω
Verschil- / Differentiaalversterker:
De verschil- / differentiaalversterker vergelijkt de 2 ingaande signalen (U in 1 en U in 2) en versterkt dat vervolgens. In de onderstaande afbeelding worden de spanningen U in 1 en U in 2 vergeleken. Deze zijn 2 en 4 Volt. Het verschil hier tussen is 2 Volt. Deze wordt versterkt met de versterkingsfactor, welke afhankelijk is van de weerstandwaarden R1 en R2:
U in 1 = 2 Volt
U in 2 = 4 Volt
R1 = 10kΩ
R2 = 20kΩ
R3 = 10kΩ
R4 = 20kΩ
Inventerende opteller:
Het berekenen van de inventerende opteller kan op 2 manieren. De makkelijkste manier is als de weerstanden R1, R2 en R3 zoals in het voorbeeld allemaal dezelfde weerstandwaarden hebben, (manier 2). Als deze weerstanden ongelijk aan elkaar zijn (als bijv. R1 heeft een andere waarde als R2 en R3), dan moet manier 1 worden gebruikt :
U in 1 = 0,1 Volt
U in 2 = 0,2 Volt
U in 3 = 0,3 Volt
R1 = 2,5 kΩ
R2 = 2,5 kΩ
R3 = 2,5 kΩ
R4 = 10 kΩ
Manier 1 (R1, R2 en R3 zijn niet gelijk aan elkaar)
Manier 2 (R1, R2 en R3 zijn gelijk aan elkaar)
