Operationsverstärker - Versionsgeschichte

Besserwessi: /* Stabilität in OP Schaltungen */ Umordung

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‎Stabilität in OP Schaltungen: Umordung

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‎Stabilität in OP Schaltungen

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 - Kapazität gegen Masse am invertierenden Eingang: dies ergibt zusammen mit einem Rückkopplungswiderstand einen Tiefpass.
-- OP mit hoher Bandbreite: parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten werden wichtiger.
+- hochohmige Rückkopplung ohne parallelen Kondensator: gibt zusammen mit parasitären Kapazitäten einen Tiefpass
-- hochohmige Rückkopplung ohne parallelen Kondensator
+- OP mit hoher Bandbreite: parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten werden wichtiger.
 - Verstärkung in der Rückkopplung: Gefahr von Verzögerungen und schon an sich schlecht, weil sich das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt erhöht.
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 Von den Standardschaltungen mit OPs sind die folgenden etwas problematisch: Differenzierer, Hochpass, Transimpedanzverstärker.
-Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 100 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356). Vor allem schnelle sparsame Operationsverstärker sind empfindlich.
+Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 100 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356). Vor allem schnelle sparsame Operationsverstärker sind empfindlich. Einige moderne OPs sind auch mit relativ großer Kapazität am Ausgang stabil - es bleibt aber bei einer Verschlechterung der Phasenreserve wenn der Ausgang Kapazitiv belastet wird.
-Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Dies liegt daran, dass die hohe äußere Verstärkung die Schleifenverstärkung reduziert. Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen. Einige moderne OPs sind auch mit relativ großer Kapazität am Ausgang stabil - es bleibt aber bei einer Verschlechterung der Phasenreserve wenn der Ausgang Kapazitiv belastet wird.
+Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Dies liegt daran, dass die hohe äußere Verstärkung die Schleifenverstärkung reduziert. Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen.
 Bei etwas komplizierteren Schaltungen kann eine Simulation (z.B. mit [[SwitcherCAD-Tutorial|LTSpice]]) sinnvoll sein. Dabei sollten auch parasitäre Kapazitäten mit berücksichtigt werden. Die Neigung zu Schwingungen kann im Zeitbereich als Überschwinger bzw. Nachschwingen beim Einem Rechtecksignal  oder im Frequenzbereich als Resonanz (Maximum im Frequenzgang) erkannt werden.

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 - niedrige Versorgungsspannung bei einigen OPs mit JFets (z.B. TL072)
 Von den Standardschaltungen mit OPs sind die folgenden etwas problematisch: Differenzierer, Hochpass, Transimpedanzverstärker.
-Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 47 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356).
+Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 100 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356). Vor allem schnelle sparsame Operationsverstärker sind empfindlich.
-Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen.
+Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Dies liegt daran, dass die hohe äußere Verstärkung die Schleifenverstärkung reduziert. Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen. Einige moderne OPs sind auch mit relativ großer Kapazität am Ausgang stabil - es bleibt aber bei einer Verschlechterung der Phasenreserve wenn der Ausgang Kapazitiv belastet wird.
-Bei etwas komplizierteren Schaltungen kann eine Simulation (z.B. mit [[SwitcherCAD-Tutorial|LTSpice]]) sinnvoll sein. Dabei sollten auch parasitäre Kapazitäten mit berücksichtigt werden. Die Neigung zu Schwingungen kann im Zeitbereich als Überschwinger oder im Frequenzbereich als Resonanz (Maximum im Frequenzgang) erkannt werden.
+Bei etwas komplizierteren Schaltungen kann eine Simulation (z.B. mit [[SwitcherCAD-Tutorial|LTSpice]]) sinnvoll sein. Dabei sollten auch parasitäre Kapazitäten mit berücksichtigt werden. Die Neigung zu Schwingungen kann im Zeitbereich als Überschwinger bzw. Nachschwingen beim Einem Rechtecksignal  oder im Frequenzbereich als Resonanz (Maximum im Frequenzgang) erkannt werden.
 ==Liste gängiger Typen von Operationsverstärkern==

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 ==Weblinks==
 * [http://www.eetkorea.com/ARTICLES/2003SEP/A/2003SEP19_AMD_AN07.PDF Op Amp Circuit Collection] - National Semiconductor Application Note 31 mit weiteren OP-Schaltungen
 * [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm OP in DAS ELKO]
-* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen mikrocontroller.net]
+* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen Operationsverstärker-Grundschaltungen - mikrocontroller.net]
 * http://www2.fh-fulda.de/~pfisterer/mt/mt8.pdf
 * [http://www.elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html Praxishinweise und schwingende Operationsverstärker]
 [[Kategorie:Elektronik]]
 [[Kategorie:Grundlagen]]

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 '''Ua = (U1 - U2) * (R1 + 2*R2) / R1'''
-Die Schaltung nach Bild 8 hat zusätzlich den Verteil, einer verbesserten Gleichtaktunterdrückung, auch ohne die Verwendung extra präziser Widerstände. Die erste Verstärkungstufe verstärkt nämlich nur das Differenzsignal und nicht den Mittelwert (Gleichtaktsignal).
+Die Schaltung nach Bild 8 hat zusätzlich den Vorteil, einer verbesserten Gleichtaktunterdrückung, auch ohne die Verwendung extra präziser Widerstände. Die erste Verstärkungstufe verstärkt nämlich nur das Differenzsignal und nicht den Mittelwert (Gleichtaktsignal). Die Schaltung nach Bild 8 heißt auch Instrumentenverstärker und ist auch fertig (ggf. R1 extern) als IC zu bekommen.
 So gibt es beispielsweise für die Auswertung von Messbrückenschaltungen immerhin schon einmal 5 Differenzverstärker, die mit ihren unterschiedlichen Schaltungen und Darstellungsweisen immer wieder für Verblüffung sorgen können.

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 * [http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen mikrocontroller.net]
 * http://www2.fh-fulda.de/~pfisterer/mt/mt8.pdf
-* http://www.stm32.de/opamp/9-opamp-wissen.html
+* [http://www.elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html Praxishinweise und schwingende Operationsverstärker]
 [[Kategorie:Elektronik]]
 [[Kategorie:Grundlagen]]

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 |OP 07||6||36||0,03||1,3||10||1,2||0,5||400||0,3||0,6||.||1||1 / -1||2 / -2||0,29||.||.
 |-
-|OPA347||2,3||5,5||2||3||60||0,5p||0,5p||560||0,17||0,35||17||0,02||-0,2/0,2||0 / 0||1,10||x||x
+|MCP6042||1,4||6||3||2||170||1p||1p||115dB||0,003||0,014||2-20||0,6µ||-0,3/0,3||0 / 0||x||0,71||1,35
 |-
 |MCP6002||1,8||5,5||7||2||28||1p||1p||400||0,6||1||6..20||0,1||-0,3/0,3||0 / 0||x||0,31||0,40

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 |.||V||V||mV||µV/°C||nV/Hz^,5||nA||nA||V/mV||V/µs||MHz||mA||mA||lo / hi||lo / hi||€||€||€
 |-
-|MC1458||10||36||2||.||30||80||20||15||0,5||1||20||1,5||2 / -2||1 / -1||.||0,13||.
+|MC1458||10||36||2||.||30||80||20||15||0,5||1||20||1,5||2 / -2||1 / -1||.||0,18||.
 |-
-|µA741||?10||36||2||15||23||80||20||200||0,5||1,5||25||1,7||2 / -2||1 / -1||0,14||.||.
+|µA741||?10||36||2||15||23||80||20||200||0,5||1,5||25||1,7||2 / -2||1 / -1||0,19||.||.
 |-
-|LM358||3||32||5||7||40||45||5||15||0,5||1||20/8||0,2||0 / -1,5||0 / -2||.||0,09||LM324
+|LM358||3||32||5||7||40||45||5||15||0,5||1||20/8||0,2||0 / -1,5||0 / -2||.||0,18||LM324
 |-
-|LM324||3||32||5||7||40||45||5||15||0,5||1||20/8||0,2||0 / -1,5||0 / -2||.||.||0,12
+|LM324||3||32||5||7||40||45||5||15||0,5||1||20/8||0,2||0 / -1,5||0 / -2||.||.||0,19
 |-
-|TL072||7||36||3||18||18||65p||5p||200||13||3||20||0,7||3 / 0||1,5/-1,5||0,18||0,19||0,25
+|TL072||7||36||3||18||18||65p||5p||200||13||3||20||0,7||3 / 0||1,5/-1,5||0,27||0,28||0,29
 |-
-|TLC 272||3||16||1,1||1,8||25||0,6p||0,1p||27||4||2||30||0,7||-0,3/-0,8||(0.3)/-1,2||0,25||0,25||0,32
+|TLC 272||3||16||1,1||1,8||25||0,6p||0,1p||27||4||2||30||0,7||-0,3/-0,8||(0.3)/-1,2||0,38||0,35||0,45
 |-
-|MC33078||10||36||0,15||2||4,5||300||25||300||7||9||30||2||2 / -2||1 / -1||.||0,33||0,50
+|MC33078||10||36||0,15||2||4,5||300||25||300||7||9||30||2||2 / -2||1 / -1||.||0,35||0,99
 |-
-|OP 07||6||36||0,03||1,3||10||1,2||0,5||400||0,3||0,6||.||1||1 / -1||2 / -2||0,27||.||.
+|OP 07||6||36||0,03||1,3||10||1,2||0,5||400||0,3||0,6||.||1||1 / -1||2 / -2||0,29||.||.
 |-
-|OPA347||2,3||5,5||2||3||60||0,5p||0,5p||560||0,17||0,35||17||0,02||-0,2/0,2||0 / 0||0,90||x||x
+|OPA347||2,3||5,5||2||3||60||0,5p||0,5p||560||0,17||0,35||17||0,02||-0,2/0,2||0 / 0||1,10||x||x
 |-
-|MCP6002||1,8||5,5||7||2||28||1p||1p||400||0,6||1||6..20||0,1||-0,3/0,3||0 / 0||x||0,34||0,45
+|MCP6002||1,8||5,5||7||2||28||1p||1p||400||0,6||1||6..20||0,1||-0,3/0,3||0 / 0||x||0,31||0,40
 |-
-|ICL7612||2||16||5||15||100||1p||0,5p||10||1,6||1,4||.||..1||-0,3/0,3||0 / 0||1,10||1,10||x
+|ICL7612||2||16||5||15||100||1p||0,5p||10||1,6||1,4||.||..1||-0,3/0,3||0 / 0||1,25||1,50||x
 |-
-|TS912||2,7||16||5||5||30||1p||1p||40||0,4||0,8||65||0,25||-0,2/0,2||0 / 0||.||1,20||1,75
+|TS912||2,7||16||5||5||30||1p||1p||40||0,4||0,8||65||0,25||-0,2/0,2||0 / 0||.||0,93||1,20
 |-
-|OP177||5||44||4µ||0,03||10||1,5||0,3||12000||0,3||0,6||12||1,6||1 / -1||1 / -1||1,65||.||.
+|OP177||5||44||4µ||0,03||10||1,5||0,3||12000||0,3||0,6||12||1,6||1 / -1||1 / -1||1,15||.||.
 |-
-|LTC1050||4,75||16||0,5µ||0,05||90||0,01||0,02||160dB||4||2,5||20/4||1||0/-1,7||0 / 0||3,60||.||.
+|LTC1050||4,75||16||0,5µ||0,05||90||0,01||0,02||160dB||4||2,5||20/4||1||0/-1,7||0 / 0||2,95||.||.
 |-
-|AD8552||2,7||5,5||1µ||0,005||42||0,01||0,02||145dB||0,4||1,5||30/30||0,7||0 / 0||0 /0||2,10||3,20||x
+|AD8552||2,7||5,5||1µ||0,005||42||0,01||0,02||145dB||0,4||1,5||30/30||0,7||0 / 0||0 /0||1,90||3,20||x
 |-
-|TCA0372||5?||40||1||20|| 22 || 100|| 10||1 || 1,4||1,4 ||1000||2,5||0/-1||1 /-1||.||0,57||.
+|TCA0372||5?||40||1||20|| 22 || 100|| 10||1 || 1,4||1,4 ||1000||2,5||0/-1||1 /-1||.||1,15||.
 |-
-|LMC6482||3||16||3,8||1,0||37||0,02p||0.01p||130dB||0,9||1,5||30||0,75||-0,3/0,3||0/0||.||1,05||2,35
+|LMC6482||3||16||3,8||1,0||37||0,02p||0.01p||130dB||0,9||1,5||30||0,75||-0,3/0,3||0/0||.||0,99||1,95
 |-
 |OPA355||2,5||5,5||2||7,0||5,8||3-50p||?||>80dB||300||200||60||8,3||-0,1/-1,5||0,1/-0,2||€?||€?||€?(triple)

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 [[Bild:Operationsverst%C3%A4rkerBild7.gif]]
-In der ersten Stufe darf man bei dieser Anordnung die Verstärkung nicht zu groß wählen damit sie nicht intern übersteuert wird. Soll beispielsweise die Spannug 5V mit 5.01V verglichen und das Ergebnis 100fach verstärkt werden, dann kann man schlecht in der ersten Stufe die Spannungen auf 500V ud 501V verstärken. Man kann dann in der der ersten Stufe die Verstärkung auf 1 oder wie hier auf 2 beschränken und die Verstärkung in der zweiten Stufe realisieren.
+In der ersten Stufe darf man bei dieser Anordnung die Verstärkung nicht zu groß wählen damit sie nicht intern übersteuert wird. Soll beispielsweise die Spannug 5V mit 5.01V verglichen und das Ergebnis 100fach verstärkt werden, dann kann man schlecht in der ersten Stufe die Spannungen auf 500V und 501V verstärken. Man kann dann in der der ersten Stufe die Verstärkung auf 1 oder wie hier auf 2 beschränken und die Verstärkung in der zweiten Stufe realisieren.
 Besser ist, wenigsten einen Teil der benötigten Verstärkung schon in der ersten Stufe einzubringen. Das gelingt weitgehend ohne interne Übersteuerung, wenn man die Bezugspegel der ersten Stufe nicht auf Masse setzt, sondern wie in der Schaltung nach Bild 8 mit der Kopplung der beiden Bezugspegel über den Widerstand R1 miteinander verbindet. Der Bezugspegel ist dann der Mittelwert der beiden Engangsspannungen und der wirksame Widerstand bei jedem Verstärker ist 0,5 * R1.
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 So gibt es beispielsweise für die Auswertung von Messbrückenschaltungen immerhin schon einmal 5 Differenzverstärker, die mit ihren unterschiedlichen Schaltungen und Darstellungsweisen immer wieder für Verblüffung sorgen können.
 == Weitere Anwendungen für Operationsverstärker ==

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	Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 47 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356).		Um die die Stabilität zu verbessern, kann man gezielt für einen Hochpass-Character in der Rückkopplung sorgen, z.B. durch einen kleinen Kondensator vom Ausgang zum inv. Eingang. Dadurch verringert sich aber auch die Bandbreite der Schaltung. Wenn der Ausgang kapazitive Lasten treiben soll (z.B. lange Kabel) sollte ein Widerstand (z.B. 47 Ohm) vor die Last geschaltet werden. Je nach OP liegt die Grenze bei etwa 20pF (z.B. TLV271) bis 5 nF (z.B. LF356).
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		+	Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen.

	Bei etwas komplizierteren Schaltungen kann eine Simulation (z.B. mit [[SwitcherCAD-Tutorial\|LTSpice]]) sinnvoll sein. Dabei sollten auch parasitäre Kapazitäten mit berücksichtigt werden. Die Neigung zu Schwingungen kann im Zeitbereich als Überschwinger oder im Frequenzbereich als Resonanz (Maximum im Frequenzgang) erkannt werden.		Bei etwas komplizierteren Schaltungen kann eine Simulation (z.B. mit [[SwitcherCAD-Tutorial\|LTSpice]]) sinnvoll sein. Dabei sollten auch parasitäre Kapazitäten mit berücksichtigt werden. Die Neigung zu Schwingungen kann im Zeitbereich als Überschwinger oder im Frequenzbereich als Resonanz (Maximum im Frequenzgang) erkannt werden.