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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP schwingt (TLC272)


Autor: Dirk H. (Gast)
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Hallo,

ich habe die folgende Schaltung (Anhang) aufgebaut. Das IC unten rechts 
ist ein Digitales Poti (100k max. 1024 Schritte).

Das Poti steuert die Verstärkung.
Bei ca. 50k - 100k Potiwert funktioniert die Schaltung allerbest.

Wenn ich das Poti allerdings unter 50k fahre z.B. so 40k dann fängt das 
Biest von OpAmp an zu schwingen (so 200kHz).

Woran kann das liegen (wahrscheinlich Entkoppelkondensator C7 ?) und was 
mach ich dagegen?

Danke für eure Antworten schon mal

Autor: Dirk H. (Gast)
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mir fällt gerad noch was ein..
Beschaltung des Ausgangs: eimal hängen 20 Ohm in Serie mit 10n gegen 
Masse dran (ESD schutz) und ansonnsten ein Audioverstärker.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Dirk,

>mir fällt gerad noch was ein.. Beschaltung des Ausgangs: eimal hängen 20
>Ohm in Serie mit 10n gegen Masse dran (ESD schutz)

20R ist zuwenig bei 10n. Das muß schwingen! Mindestens 100...220R 
nehmen.

Aber gegen ESD helfen die 10n sowieso nicht so gut. Nimm besser einen 
SMD Varistor von AVX und zutäzliche Schotttkydioden vom OPamp Ausgang zu 
den supply rails.

Kai Klaas

Autor: Dirk H. (Gast)
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super vielen vielen dank!

genau das war es!

kannst du vllt. kurz erläutern wie es dazu kommt oder mir einen Link 
o.ä. geben wo ich dazu was nachlesen kann..? (also wieso es zu der 
Schwingung kommt)
Das wäre super.

Vielen dank nochmal.

Dirk H.

Autor: MaWin (Gast)
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> also wieso es zu der Schwingung kommt

Das steht eigentlich schon sehr ausführlich im TLC272 Datenblatt, 
inklusive der Betrachtung welche internen Transistoren dazu beitragen, 
ab wann es auftritt, und was man dagegen tut.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Dirk,

>kannst du vllt. kurz erläutern wie es dazu kommt oder mir einen Link
>o.ä. geben wo ich dazu was nachlesen kann..? (also wieso es zu der
>Schwingung kommt)

Also, erst einmal ist es nicht sinnvoll große Kapazitäten an den Ausgang 
zu schalten, weil das für den OPamp bei hohen Frequenzen eine enorme 
Last darstellt. 10nF haben bei 100kHz eine Impedanz von immerhin 160 
Ohm, bei 1MHz sogar nur 16 Ohm. Das ist für einen OPamp wie den TLC272, 
dessen Last im kOhm Bereich liegen sollte, einfach zu wenig.

Aber das ist nicht der Grund für die Instabilität und Schwingneigung. 
Man muß wissen, daß die allermeisten OPamp intern bandbreitenbegrenzt 
sind. Das macht man mit einem RC-Tiefpaß irgendwo in den Innerein, bei 
irgendeiner Treiberstufe. Das hat zur Folge, daß der Ausgang der 
Spannung am invertierenden Eingang um rund 90° in der Phase hinterher 
hinkt (Phase Lag). Berücksichtigt man jetzt noch die 180° Phasendrehung 
des invertierenden Eingangs, dann genügt eine zusätzliche Phasendrehung 
in der Gegenkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang von weiteren 
90° (Phase Lag) um den OPamp zum Schwingen zu bringen. Voraussetzung 
dafür ist, daß die Schleifenverstärkung größer als 1 ist. Erzeugt also 
die Gegenkopplung bei einer bestimmten Frequenz eine Phasendrehung von 
rund 90° und eine Abschwächung des Ausgangssignals um beispielsweise den 
Faktor 10, dann muß die Open Loop Gain des OPamp noch mindestens 10 
betragen und der OPamp fängt munter an zu schwingen!

Man kann das Ganze übrigens recht genau simulieren. Das habe ich im 
Anhang mit TINA getan. Man berechnet dazu einfach, wie groß die 
Phasendrehung des Gegenkopplungsnetzwerks bei jeder Frequenz ist. Der 
OPamp kommt in dieser Simulation fast garnicht mehr vor. Das einzige was 
man von ihm sieht, ist sein Open Loop Ausgangswiderstand von 150 Ohm, 
also den Ausgangswiderstand, den er ohne Gegenkopplung hat. Diesen 
findet man in seinem Spice-Modell. Außerdem sieht man vom OPamp noch die 
Eingangskapazizät am invertierenden Eingang von ca. 20pF, die in C2 
steckt.
Das Digital-Poti wird mit seinen Streukapazitäten mit C2 und C4 und mit 
seinem Widerstand mit R2 simuliert.

Wenn man jetzt das Bild im Anhang betrachtet, sieht man, daß bei 200kHz 
der OPamp eine Phasendrehung von rund 100° erzeugt und das 
Gegenkopplungnetzwerk eine Phasendrehung von rund 60°, was gefährlich 
nahe bei 180° liegt. Außerdem hätte der OPamp bei 200kHz noch genügend 
Verstärkung um zu schwingen.

Das hier nicht genau 180° Phasendrehung herauskommt, liegt 
wahrscheinlich an der zu starken Belastung durch den 20 Ohm Widerstand, 
was durchaus eine zusätzliche, hier unberücksichtigte Phasendrehung 
erzeugen kann.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hier das Ganze nochmal, aber mit 100 Ohm am Ausgang.

Die Phasendrehung des Gegenkopplungsnetzwerks ist erheblich kleiner und 
die Schwingneigung damit deutlich verringert.

Kai Klaas

Autor: Dirk H. (Gast)
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Hallo Kai,

vielen Dank für deine Ausführungen -nochmals- :)

Man kann nach so einem kleinen Exkurs sicher nicht sagen das ich es 
vollkommen durchdrungen habe aber das Grundproblem ist sehr deutlich 
klar geworden. Auch der "Simulationstipp" hat mir sehr weiter geholfen.

Vielen herzlichen dank noch einmal

Dirk H.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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hallo kai,

ein schöne erkärung, die du hier geliefert hast.
sehr lehrreich.

gruss klaus

Autor: Jens G. (jensig)
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Die OPV-Hersteller haben auf ihren Internetseiten z.T. auch sehr schöne 
AppNotes zu diesem Thema - ich glauube LT hatte eins, was recht 
ausführlich ist, aber trotzdem relativ leicht verdaulich (allerdings in 
english)

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai und Dirk,

> Aber gegen ESD helfen die 10n sowieso nicht so gut. Nimm besser einen
> SMD Varistor von AVX und zutäzliche Schotttkydioden vom OPamp Ausgang zu
> den supply rails.
Wenn Du der (grundsätzlich guten) Empfehlung mit den Schottkydioden 
folgst, solltest Du zusätzlich Zenerdioden benutzt, die eine 
Überspannung auf der Versorgungsspannung verhindern. Bei 5V Versorgung 
bieten sich beispielsweise Zenerdioden mit 5.6V an; auch 
Überspannungsdioden sind möglich.

Sonst kann es passieren, daß die Überspannung auf die gesamte 
Spannungsversorgung überschlägt.

Als Schottkydioden nehme ich häufig BAV99.

Gruß,
  Michael

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn in der Versorgungsspannung ein nicht zu kleiner Elko ist, reicht 
das für die eher kleine Ladung die bei einem ESD Ereigniss fleißt. Aus 
z.B. 10 kV in 100 pF werden dann 10 mV in 100 µF.

Die BAV ist übrigens keine Shottkydiode, sondern es sind 2 eher normale 
kleine dioden. Grob sowas wie 2 mal 1N4148.

Autor: Andy N. (matador)
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Dirk H. schrieb:
> mir fällt gerad noch was ein..
> Beschaltung des Ausgangs: eimal hängen 20 Ohm in Serie mit 10n gegen
> Masse dran (ESD schutz) und ansonnsten ein Audioverstärker.

Was auch noch eine Alternative wäre: Suppressor Dioden(auf geringe 
Kapazitäten bei der Auswahl beachten)

Gruss

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