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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik invertierender Verstärker schwingt


Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Hallo,
ich weiß, dass es schon viele Beiträge zu schwingenden OPs gibt, aber 
ich werde daraus nicht schlau :(
Ich habe die Schaltung aus dem Anhang aufgebaut, der Ausgang schwingt 
aber mit ca 2MHz von +-4V
In den Eingang kommen nur Signale +-1V hinein.
Als ich das ganze auf Lochraster aufgebaut hatte, hat es super 
funktioniert (dort auch mit Verstärkungsfaktor 4), jetzt habe ich mir 
eine Platine machen lassen und bekomme das Schwingen nicht weg. Kann mir 
irgendjemand helfen ohne ein Neudesign machen zu müssen?
Ich verstehe ehrlich gesagt auch nicht wieso der OP überhaupt schwingt, 
ist nicht genau dafür die unity gain compensation da?
Grüße
Kai

Autor: mhh (Gast)
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Kai Franke schrieb:
> Ich verstehe ehrlich gesagt auch nicht wieso der OP überhaupt schwingt,

Kann an der Leitungsführung liegen, an den fehlenden Kondensatoren für 
die Betriebsspannung, ...

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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die OPAs haben jeder einen 100nF Kondensator bekommen und sowohl die +5V 
als auch die -5V sind mit 10µF Kerkos geglättet. Auch nach einem 100µF 
Elko für jede Spannung, gab es keine Besserung

Autor: skua (Gast)
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Kondensator über R7 je nach gewünschter oberer Grenzfrequenz.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Der LM318 ist schwer zu bändigen bei kleienr Verstärkung. Schau ins 
Datenblatt. Die haben fast immer 5pF parallel zum 
Rückführungswiderstand. Probier das mal.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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auch das habe ich schon mit bis zu 47nF versucht, hat nichts geholfen.
Gibt es eventuell einen pinkompatiblen OPA, er muss auch nicht so eine 
hohe Slew Rate haben und die Bandbreite darf ruhig bei 3MHz liegen.

Autor: MaWin (Gast)
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Aus welchem Museum hast du den LM318 entführt ?

Der ist nicht mal stabil (stable) bei einer Verstärkung von 1
(wie man gleich in der ersten Schaltung im Datenblatt sieht)
geschweige denn bei einem Verstärungsfaktor von 0.125 wie
in deiner Schaltung.

Aber auch mit modernen OpAmps die stabil bei 1 wären,
hast du gegebenenfalls Probleme.

Wie man kompensiert steht netterweie auch noch im
Datenblatt des LM318, das war damals noch üblich,
daß man die Arbeit den Schaltungsentwicklern überliessn,
heute haben die ja vergessen, worum es dabei überhaupt
geht.

Autor: Jens G. (jensig)
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Zeig doch mal Schaltplan+Leiterplatte. Denn auch wenn der schwer zu 
bändigen sein soll, sollte er sich mit einem kleinen Gegenkopplungs-C 
beruhigen lassen (obwohl eigentlich nicht nötig, wenn man sich sich so 
den Phase/Frequenzgang anschaut, höchsten zur Kompensation der 
parasitären C's am inv. Eingang).

Autor: Jens G. (jensig)
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>Der ist nicht mal stabil (stable) bei einer Verstärkung von 1

lt. Describtion im DB ist der Unity-Gain-stable, und auch lt. 
Phasen/Gain-Kurve.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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gerne lade ich alle Dateien hoch, es handelt sich um einen 4-fach 
Metalldetektor mit Pulsinduktion.
Folgende Idee steckt dahinter: der µC schaltet den P-kanal MOSFET 
kurzzeitig ein, die Spannung über der Spule wird über zwei Dioden 
heruntergebrochen und anschließend verstärkt. Danach wird das Signal 
noch analog integriert.
Wie gesagt.. auf der Lochraster hat das super funktioniert :(
PS: Ich weiß, dass die 5V Versorgung schlecht gelegt ist, das ist mir 
leider zu spät aufgefallen, deshalb habe ich noch Elkos dazugelötet

@Mawin: schlag doch bitte eine modernere Alternative vor

Autor: Jens G. (jensig)
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besser, wenn Du sowas als PNG Datei exportierst, dann kann's jeder 
angucken (sonst sind nur die Eagle-Nutzer im Vorteil)

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Ich denke, wenn Du die Widerstände gegeneinander tauschen würdest, liefe
die Schaltung auch anständig. Die Verstärkung ist doch hier -(R7/R8)
und das gibt 0,125
Somit hast Du eine Dämpfung statt einer Verstärkung und der OPV fühlt
sich zum Narren gehalten.

MfG Paul

Autor: Daniel (Gast)
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Du hast nicht zufällig einen C am Ausgang der hier nicht
eingezeichnet ist ? :-)

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Edith: V=-(R7/R19)

MfG Paul

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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eigentlich war auch eine Verstärkung von 8 geplant, ich habe sie im 
Schaltplan nur falsch herum benannt. Als ich sie dann aber auch so 
bestückt hatte, dachte ich mir wenn es schon nicht mit einer Dämpfung 
klappt, wird es schon gar nicht mit einer Verstärkung klappen. Ich 
wusste nicht, dass sich der OPA dadurch angegriffen fühlt und zickig 
wird :P
Habe mir den Schaltplan eben nochmal angeschaut. Macht es Sinn einen 
Kondensator von -5V nach +5V in die Nähe vom OPA zu setzen?

edit: es sind keine weiteren Cs verbaut

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Na, zu einer Dämpfung hättest Du aber den OPV nicht gebraucht, da hätte 
ein
Spannungsteiler auch genügt.
;-)
MfG Paul

Autor: Jens G. (jensig)
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Load Error 295 - nee nee nee ....

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Was für ein Load Error? Kann ich was dagegen tun?

um den µC nicht zu grillen falls es nicht funktioniert habe ich R8, R5, 
R16 und R22 noch nicht eingelötet, ich habe aber beschlossen, dass das 
keine Auswirkung hat. Damit jeder weiß wovon ich rede, der komplette 
Schaltplan als PNG

edit: hab den Load Error nachgeschaut, weiß aber nicht wieso ich das 
habe. Hab Eagle Freemium und die 30 Tage sind noch nicht vorbei...

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Jens G. schrieb:
> Load Error 295 - nee nee nee ....

Kai Franke schrieb:
> Was für ein Load Error? Kann ich was dagegen tun?

Ja, kannst du. Benutze keine geckrackte EAGLE-Version, sondern kauf dir 
ein Original.

Gruß,
Magnetus

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Kai Franke schrieb:
> Hab Eagle Freemium

Freemium?  Hab ich was verpasst?

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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ich kann den Link nicht posten, da er als Spam erkannt wird, aber google 
mal eagle freemium
ich habe den Fehler übrigens nicht

Autor: Jens G. (jensig)
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Naja, offensichtlich gibt's Freemium, wenn man danach stöbert. Aber den 
Plan krieg ich jewdenfalls nicht auf (das Board bekomme ich zwar auf, 
bekomme dabei aber auch die 295).

Autor: Jens G. (jensig)
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oder ist nur meine V5.7 nur etwas zu alt ? Freemium gibt's scheinbar 
erst seit V5.8.

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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@Jens G. (jensig):

Welche Eagle Version hast du?

[Edit]   zu spät ;o)  [/Edit]

Autor: Jens G. (jensig)
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>Welche Eagle Version hast du?

s. ein Post drüber ;-)

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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ich benutze die Version 5.10 für Eagle
abgesehen davon... hat jemand eine Idee wie ich mein Problem lösen kann?

Autor: Paul Baumann (Gast)
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>hat jemand eine Idee wie ich mein Problem lösen kann?

Ja, hatte ich um 20.32 Uhr...

Kopf kratz
Paul

Autor: Jens G. (jensig)
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löte mal 100nF direkt unten an den IC an +Ub und -Ub gegen Masse an 
(also Platinenunterseite)

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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das steht schon auf dem Plan um mein Problem zu beheben, kannst du mir 
erklären wieso das den OPA dazu anregt zu schwingen? Ich kann mir das 
beim besten Willen nicht erklären. Ich hab mit Analogtechnik bis jetzt 
noch nicht so viel zu tun gehabt, aber aus den bisherigen Vorlesungen 
weiß ich, dass große Verstärkungen Probleme machen.
Mit einer Verstärkung von 1 hat es übrigens auch nicht funktioniert, das 
habe ich heute schon versucht. Kannst du mir sagen wo die Grenze ist?

Autor: Jens G. (jensig)
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achja - generell ist es immer ungünstig, wenn die Leitungen bzw. 
Bauteile zum/am inv. Eingang komplett mit Masse unterlegt sind, wegen 
der damit entstehenden parasitären C's an diesem Anschluß.
Vielleicht kannste ja mal den inv. Eingang vom Lötauge befreien (Lötzinn 
absaugen), so daß es keinen Kontakt mehr hat, und dann die beiden R's 
mehr oder weniger in fliegender Verdrahtung dahin führen - trotzdem auf 
kurze Verbindungen achten (einfach mal zum Test)

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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vielen Dank für die vielen Tipps.
Hat von euch denn noch jemand eine Idee was ich für einen stabileren OPA 
nehmen kann falls ich mein finales Design mache? Ich habe am Eingang 
einen 2V Sprung und will 4µs später das Signal verwenden. Die Slew Rate 
darf also nicht zu gering sein. Bandbreite brauche ich wohl mindestens 
3MHz, besser mehr.

Autor: Johannes (Gast)
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Hat sich mit dem 47 nF-Kondensator die Frequenz verändert?

Wenn der Kondensator parallel zum Gegenkopplungswiderstand nicht 
geholfen hat, könnte vielleicht die Ursache sein, dass ein Signal vom 
OP-Ausgang irgendwie auf den nicht-invertiernden Eingang (Pin 3) 
zurüückgekoppelt wird.

Der liegt ja eigentlich auf Masse, prüf mal, wie diese Masseleitung 
verlegt ist. Evtl mal diesen Pin anheben und an einem anderen Punkt auf 
Masse legen.
Evtl. hilft auch ein Widerstand zwischen Pin 3 und Masse.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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ja, die Frequenz ist deutlich langsamer geworden, die Amplitude war aber 
gleich hoch.
Hat denn von euch einer eine Idee welchen anderen OPA ich nehmen kann?
Die Bandbreite ist nicht so wichtig, nur eine etwas höhere Slew Rate und 
eben STABIL :(

edit: wie wäre es beispielsweise mit dem TL081? Ist der auch so schwer 
zu bändigen?

Autor: Daniel (Gast)
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Mach die Feedback Widerstände mal um den Faktor 2 bis 4 niederohmiger

Autor: Jens G. (jensig)
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Der TL081 ist handzahm - hat aber auch nicht diese hohe SR wie der LM318 
(was möglicherweise sein Problem ist) (GBW ist aber ähnlich)

Autor: Daniel (Gast)
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Wenn nicht muss er eben über die rausgeführten comp-pins ein
Zero hinzufügen... macht aus ner maus nicht nen elefanten

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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TL081 ist bestellt, wird dann eingebaut falls die anderen Tipps nicht 
helfen. Habe ein wenig Zeitdruck, muss nämlich noch dringend Urlaub 
machen :)
Ich denke die Slew Rate ist auch beim TL081 noch größer als ich es 
brauche, aber mal sehen. Ich muss wie gesagt nach einem 2V Sprung am 
Eingang erst nach 4µs ein vernünftiges Signal angelegt haben, da erst 
dann der Integrator startet. Wenn ich davon ausgehe, dass er in dieser 
Zeit von +5V auf -5V muss, sollte rein rechnerisch eine Slew Rate von 
2,5V/µs reichen.
Mal sehen ob das so hinhaut, wenn das System dann stabiler läuft ist es 
mir das wert die nochmal auszulöten.
Vielen Dank an alle

Autor: Jens G. (jensig)
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@  Daniel (Gast)

>Mach die Feedback Widerstände mal um den Faktor 2 bis 4 niederohmiger

entspricht meinem Hinweis, keine Masseflächen unter die Leitungen des 
inv- Eingangs zu legen.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ich denke die Slew Rate ist auch beim TL081 noch größer als ich es
>brauche, aber mal sehen. Ich muss wie gesagt nach einem 2V Sprung am

ach - auf einmal?

Autor: Daniel (Gast)
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Jens G. schrieb:
>>Mach die Feedback Widerstände mal um den Faktor 2 bis 4 niederohmiger
>
> entspricht meinem Hinweis, keine Masseflächen unter die Leitungen des
> inv- Eingangs zu legen.

Das bringt dir bei sehr viel höheren Frequenzen evtl. etwas.
Aber nicht im unteren MHz Bereich. Hier dominieren die Diffusions-
und Sperrschicht-Kapazitäten (sofern die Pads normal gehalten werden
und keine Fläche von mehreren mm² haben)

Autor: Jens G. (jensig)
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einige Picos haste trotzdem .... Wenn das Ding schon so schwingfreudig 
von einigen hier eingestuft wird, sollte man auch das mit 
einkalkulieren.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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ganz oben habe ich doch geschrieben:
"er muss auch nicht so eine hohe Slew Rate haben"

Die Aussage:
"Die Bandbreite ist nicht so wichtig, nur eine etwas höhere Slew Rate 
und
eben STABIL :("
hast du wohl missverstanden. Damit war gemeint, dass die Slew Rate höher 
als bei den Standart OPAs (0,5V/µs) ist.
Ich will auch keinen OPA, der sich von picoFarads von den Pads stören 
lässt. Das System soll ja stabil laufen und wenn ich mir überlege, dass 
knapp darunter Spulen liegen, die schön vor sich hinschwingen wäre das 
eher unpraktisch. Ich denke der TL081 ist eine bessere Wahl

Autor: Peter (Gast)
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Nach dem vielen "blabla" habe ich hier noch einige brauchbare Tips:

Cs bringen meist nichts für die Stabilität, die schieben bloss die 
Schwingunsfrequenz tiefer.

Dimensioniere erst die Widerstände richtig, so dass Du den gewünschten 
Verstärkunsfaktor von 8 hast. Möglichst niederohmig, soweit es die 
Schaltung zu läst: zB: R7 20k statt 10k und R19 2.5k statt 80k

Pin3 vom OP nicht direkt an Ground, sondern über den aequivalenten 
Widerstandswert, der an Pin2 wirksam ist: R7[20k] parallel R19[2.5k] => 
2k. Dies kompensiert den Ofsetfehler durch die Biaströme der 
OP-Eingänge.

Stabilität erhälst Du schliesslich, indem Du den differentiellen 
Eingangswiderstand zwischen den Eingängen (Pin2 - Pin3) niedrig hälst:
=> Einfach noch einen 2k Widerstand zwischen Pin1 und Pin2 schalten.
Das funktionelle Verhalten der Schaltung wird dadurch nicht beeinflusst, 
da die Spannung zwischen Pin1 und Pin2 eigentlich Null ist, das 
Schwingungs-erzeugende Signal wird aber hiermit soweit gedämpft, dass 
der OP stabil bleibt.

Thats it, auch mit dem LM318!

Autor: MaWin (Gast)
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> und eben STABIL

Wie schon geschildert, selbst moderne wie TSH60 sind bei Verstärkung 
unter 1 nicht unbedingt stabil.

Autor: Daniel (Gast)
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Peter schrieb:
> Cs bringen meist nichts für die Stabilität, die schieben bloss die
> Schwingunsfrequenz tiefer.

Oh doch, Cs versauen dir den Phase-Margin oder heben ihn an...
da du aber offensitlich keinen tieferen Einblick in die AST hast
wirst du das nicht verstehen...

> Dimensioniere erst die Widerstände richtig, so dass Du den gewünschten
> Verstärkunsfaktor von 8 hast. Möglichst niederohmig, soweit es die
> Schaltung zu läst: zB: R7 20k statt 10k und R19 2.5k statt 80k

Well, am Anfang wollte er 1/8 und nicht 8...

> Pin3 vom OP nicht direkt an Ground, sondern über den aequivalenten
> Widerstandswert, der an Pin2 wirksam ist: R7[20k] parallel R19[2.5k] =>
> 2k. Dies kompensiert den Ofsetfehler durch die Biaströme der
> OP-Eingänge.

Tja kommt ganz schön stark auf den Anwendungsfall an, meistens
kannst du dir den zus. Widerstand schenken...

> Stabilität erhälst Du schliesslich, indem Du den differentiellen
> Eingangswiderstand zwischen den Eingängen (Pin2 - Pin3) niedrig hälst:
> => Einfach noch einen 2k Widerstand zwischen Pin1 und Pin2 schalten.
> Das funktionelle Verhalten der Schaltung wird dadurch nicht beeinflusst,
> da die Spannung zwischen Pin1 und Pin2 eigentlich Null ist, das
> Schwingungs-erzeugende Signal wird aber hiermit soweit gedämpft, dass
> der OP stabil bleibt.

Hier fordere ich dich auf, dir die Schaltung des LM318 im Datasheet von
National anzuschauen. Da du aber scheinbar noch nicht über dieses Buch
hier...
http://www.amazon.de/Kleiner-Ingenieur-Elektronik-...
...hinausgekommen bist, erwarte ich nicht dass du den von dir
verzapften Bullshit anhand der Schaltungsbeobachtung revidierst.

Autor: Peter (Gast)
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@Daniel

>> Cs bringen meist nichts für die Stabilität, die schieben bloss die
>> Schwingunsfrequenz tiefer.
>Oh doch, Cs versauen dir den Phase-Margin oder heben ihn an...
>da du aber offensitlich keinen tieferen Einblick in die AST hast
>wirst du das nicht verstehen...
Tatsache ist, die Cs haben NICHT geholfen! Abblock Cs an den Speisepins 
direkt auf GND sind gut und wichtig. Aber Stabilität mit weitern Cs 
hinzukriegen ist amatuerhafte Bastlerei! Du schiebst die Pole und 
Nullstellen einfach auf tiefere Frequenzen oder erzeugst sogar 
zusätzliche. Dort hat der OpAmp einen höheren Gain und schwingt erst 
recht! Ob DU das verstehen wirst...?

>> Dimensioniere erst die Widerstände richtig, so dass Du den gewünschten
>> Verstärkunsfaktor von 8 hast. Möglichst niederohmig, soweit es die
>> Schaltung zu läst: zB: R7 20k statt 10k und R19 2.5k statt 80k
>Well, am Anfang wollte er 1/8 und nicht 8...
KaiFranke schrieb: "eigentlich war auch eine Verstärkung von 8 
geplant..."

>> Pin3 vom OP nicht direkt an Ground, sondern über den aequivalenten
>> Widerstandswert, der an Pin2 wirksam ist: R7[20k] parallel R19[2.5k] =>
>> 2k. Dies kompensiert den Ofsetfehler durch die Biaströme der
>> OP-Eingänge.
>Tja kommt ganz schön stark auf den Anwendungsfall an, meistens
>kannst du dir den zus. Widerstand schenken...
Ist so oder so die sauberere Lösung! Auch wenn es nichts bring, es 
schaded sicher nichts und ein Widerstand mehr kostet auch fast nix. Den 
genauen Anwendungsfall kenn ich genau so wenig wie DU!

>> Stabilität erhälst Du schliesslich, indem Du den differentiellen
>> Eingangswiderstand zwischen den Eingängen (Pin2 - Pin3) niedrig hälst:
>> => Einfach noch einen 2k Widerstand zwischen Pin1 und Pin2 schalten.
>> Das funktionelle Verhalten der Schaltung wird dadurch nicht beeinflusst,
>> da die Spannung zwischen Pin1 und Pin2 eigentlich Null ist, das
>> Schwingungs-erzeugende Signal wird aber hiermit soweit gedämpft, dass
>> der OP stabil bleibt.
>Hier fordere ich dich auf, dir die Schaltung des LM318 im Datasheet von
>National anzuschauen. Da du aber scheinbar noch nicht über dieses Buch
>hier...http://www.amazon.de/Kleiner-Ingenieur-Elektronik-...
>...hinausgekommen bist, erwarte ich nicht dass du den von dir
>verzapften Bullshit anhand der Schaltungsbeobachtung revidierst.
Kai ist gut beraten mit meinem Vorschlag!

Frech werden kann ich auch! Es ist mühsam und typisch für dieses Forum, 
dass viele unqualifizierte und eingebildete Besserwisser wie DU 
irgendwelchen Quatsch von sich geben und dabei so tun als hätten sie 
eine Ahnung! Und dann noch so unverschämt sind und diejenigen 
beleidigen, die wirkliche Hilfe bieten!

Autor: Johannes (Gast)
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>> Hat sich mit dem 47 nF-Kondensator die Frequenz verändert?

> ja, die Frequenz ist deutlich langsamer geworden, die Amplitude war aber
> gleich hoch.

Das ist jetzt merkwürdig. Der Kondensator war aber schon zwischen Pin 6 
und Pin 2?

Normalerweise sollte sich die Frequenz dadurch nicht großartig ändern. 
Hast Du mal geprüft, ob Du vielleicht irgendwo einen Kurzschluss hast, 
z.B. zwischen Pin 2 und Masse oder zu irgend einem anderen Pin?

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Also Jungs,
ich habe jetzt alles mögliche versucht. Es ist jetzt ein 100µF zwischen 
+-5V
Dann noch jeweils 100nF von +-5V nach GND
Eingangswiderstand sind 10k, weniger möchte ich nicht, sonst wird die 
Messung verfälscht, ein kleinerer hat aber auch nichts gebracht.
Rückführungswiderstand sind 80k, parallel dazu 33pF
Wenn ich den 33pF verändere, ändert sich die Schwingfrequenz und Form, 
aber verschwindet nicht.
Der vorgeschlagene 2k Widerstand zwischen Pin 1 und Pin 2 gibt mir einen 
Offset auf die Schwingung, mehr nicht.
Ich hoffe wirklich, dass der andere OPA wesentlich einfacher zu 
beschalten ist :(
noch jemand eine Idee?

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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ich bin durch Glück auf einen TL081 gestoßen und habe ihn einfach mal 
eingelötet. Er funktioniert genau so wie ich mir das vorgestellt habe :)
Ohne irgendwelche zusätzlichen Kondensatoren oder Modifikation des 
Schaltplans
Ich werde den LM318 einfach in den Müll werfen und nur noch den anderen 
verwenden
Trotzdem vielen Dank für eure Hilfe

Autor: Jens G. (jensig)
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Sag ich doch - der ist handzahm ;-)

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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jo, danke dir dafür
der LM318 gehört hinter Gitter, den kann man doch nicht so einfach auf 
die armen Leute loslassen...

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