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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TL084 als Komparator -> Immer high am Ausgang


Autor: Björn G. (tueftler)
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Hi da.

Ich falle gerade vom Glauben ab und hoffe Ihr könnt mich nochmals zurück 
führen ;)

Habe gerade einen TL084 als Komparator beschaltet (Dieser hat die nötige 
SlewRate die ich benötige).
Habe am minus Eingang ein Taktsignal das von zwischen gnd und 0.5V-5V 
schwankt. Dieses ist nur ca. 30µs lange high und wieder ca. 80us low.
Hier möchte ich gerne anständige Flanken davon bekommen.

Der OP ist zwischen GND und 5V angeschlossen.
100nF sind auch dazwischen.

Am plus Eingang liegen 0.5V an.

Komischerweise bekomme ich ständig ein high am Ausgang.
Kann mir das bitte einmal jemanden erklären?
Stehe gerade ziemlich auf dem Schlauch.

Björn

Autor: Mine Fields (Gast)
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Versuch es mal mit einer höheren Schwelle.

Autor: Ingo W. (Gast)
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Björn G. schrieb:

> Der OP ist zwischen GND und 5V angeschlossen.
> Am plus Eingang liegen 0.5V an.

Fürchte, das ist etwas zu wenig, für die 80'er, sowie ich mich erinnere, 
beginnt bei denen, der zulässige Gleichtaktbereich 3V über der negativen 
Betriebsspannung, in deinem Falle, dann 0V

mfG ingo

Autor: ArnoR (Gast)
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Wenn ich mich richtig erinnere, dann muss bei den TL08x die 
Eingagsspannung mindestens 2...3V über -Vcc liegen, damit die überhaupt 
arbeiten können und nicht irre große Eingangsströme ziehen. Das war der 
Grung weshalb ich die nie verwendet habe. In den Datenblättern ist diese 
Kurve nicht drin.

Autor: Björn G. (tueftler)
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Da sagst Ihr was...
Mit 1V Schwellenspannung gibt er was aus.
Hmm, schon blöd - so schön günstig das Teil.
Dann gebe ich dem Signal ein DC Offset mit drauf :)

Mal basteln...

Danke für den Denkanstoss.
Björn

Autor: Mine Fields (Gast)
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Was spricht gegen einen LM293 oder ähnliches?

Autor: Björn G. (tueftler)
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Ist der LM293 nicht sehr langsam?
Im Datenblatt steht was von
> 100-mV input step ... 1.3µs

Der TL084 macht 13V/µs

Björn

Autor: Mine Fields (Gast)
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Und wieso sollte das nicht reichen?

Autor: John Drake (Gast)
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Björn G. schrieb:
>
> Der TL084 macht 13V/µs

Als Spannunsfolger. Die Slew-Rate beim Missbrauch als Komparator ist 
nicht spezifiziert und kann signifikant kleiner sein!

Autor: Björn G. (tueftler)
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Stefan L. schrieb:
> Und wieso sollte das nicht reichen?

Weil der OP bei 5V Hub dann 65us braucht und ich habe einen Puls der 
komplett schon nur 30us ist.

@John: Ja, okay - da hast Du recht. Kann aber keine wirkliche 
Verstärkung einstellen, da der Hub des Signales zwischen 0.5V und 5V 
schwangt.
Bei der jetzigen 1V Schwelle war die Flanke aber steil genug.

Björn

Autor: Björn G. (tueftler)
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Kennt Ihr einen 2x OP der besser passen würde?
SlewRate sollte halt relativ hoch sein, Schwellenspannung auch bei 0.5V 
funktionieren und billig soll er sein.

Björn

Autor: Johann (Gast)
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OPs nimmt man aus gutem Grund nicht als Komparatoren - zumindest, wenn's 
schnell sein soll. Nimm den 293.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Björn G. schrieb:
> Weil der OP bei 5V Hub dann 65us braucht und ich habe einen Puls der
> komplett schon nur 30us ist.

Nee, nee. Die Aussage

  "100-mV input step ... 1.3µs"

bedeutet nicht, dass die Anstiegsgeschwindigkeit am Ausgang nur
1,3µs/100mV ist. Schau dir die Diagramme unter "Response Time for
Various Input Overdrives" an. Wenn du die Eingangsschwelle bspw. auf
400mV legst, dann ist bei 500mV Eingangsspannung der Input-Overdrive
100mV. Die komplette Antwortzeit, vom Eingangspegelwechsel bis zum
Erreichen des endgültigen Spannungspegels (0V bzw. 5V) am Ausgang,
beträgt dann nur etwa 0,5µs. Diese kurze Zeit wirst du mit dem TL084
kaum erreichen, da dessen Antwortzeit ja nicht nur von der Slewrate
abhängt, sondern auch von Verzögerungen der Eingangsstufe und Sätti-
gungseffekten der Ausgangsstufe beeinflusst wird.

Autor: Michael R. (Gast)
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Ein TL084 nur mit +5V versorgt funktioniert nicht richtig. Der braucht 
mindestens 6V, damit er in einem kleinen Eingangsspannungsbereich um 3V 
herum überhaupt funktioniert.
Der TL084 macht eigentlich nur Sinn, wenn man symmetrische 
Versorgungsspannung zur Verfügung hat.
Leider steht das in den Datenblättern nicht explizit drin. Man sieht das 
also erst auf den zweiten Blick.
Der TL084 hat ja auch keinen Rail2Rail-Ausgang. Der Ausgang erreicht 
also auch nie die 0V oder 5V sondern bleibt irgendwo dazwischen hängen.

Für Deinen Zweck solltest Du Dir überlegen, mit einem Komparator z.B. 
LM2901//LM2903 zu arbeiten, die sind billig, schnell und funktionieren 
auch schon mit 5V, aber auch nur, wenn die Eingangsspannungen unter 2,5V 
bleiben.

Schau Dir auch mal LM2902/LM2904 und LMV324 an

Michael

Autor: Björn G. (tueftler)
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@Johann: Scheinbar würde Dein Tip doch ganz gut passen.

@Yalu: Vielen Dank für die Erklärung! Stimmt, laut den Diagrammen ist er 
einiges flotter. Würde ja wirklich ganz gut passen.

Würde der denn auch schon bei einer Schwelle von 0.5V funktionieren?

@Michael: Danke für die Warnung - Die Info findet man im Datenblatt aber 
wirklich nicht. Da die Eingangsspannungen zwischen 0,5V und 5V schwanken 
würden die LM2901/LM2903 ja auch ausfallen.
Auch beim LM2904 steht so was im Datenblatt:
"Input Common-Mode Voltage Range VCC-2"
Heißte das, das er bei VCC=5V eine Spannung an den Eingängen nur bis 3V 
möchte?

Björn

ps.: Ja, ich weiß. Ich bin nicht so der OP "Durchblicker". Die 
Datenblätter sind ziemlich oft für etliche OPs ausgelegt und enthalten 
dann noch tausende Angaben. Das verwirrt mich dann doch ganz schön :(

Autor: Michael R. (Gast)
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Björn G. schrieb:
> Heißte das, das er bei VCC=5V eine Spannung an den Eingängen nur bis 3V
> möchte?

Genau das heißt es. Du brauchst also einen Rail2Rail-OPV oder 
Komparator, und zwar R2R für Eingang und Ausgang. Bei OPVs muss man dann 
noch zusätzlich aufpassen: Manche mögen es nicht, wenn die Differenz 
zwischen den beiden Eingängen größer als 0,7V wird.
Bei anderen nicht R2R-OPV-Typen gibts es noch den Effekt des Phase 
Reversals -> Google.
Das Sättigen der Ausgangsstufe und die interne Kompensation macht einen 
OPV als Komparator saulahm.

Grundsätzlich sollte man vermeiden, OPVs als Komparator einzusetzen, 
weil:
- OPV als Komparator ist immer viel langsamer als gleichteurer richtiger 
Komparator (Slewrate, Sättigung)
- Stromverbrauch
- Phase Reversal/Inversion
- ...
siehe auch:
http://www.analog.com/static/imported-files/applic...

Such Dir bei Deinem Lieblings-Elektronik-Händler einen 
Rail2RAil-Komparator raus oder nimm einen guten schnellen Rail2Rail-OPV.
Schon die billigsten Komparatoren sind scheller als 500ns.

Einen LM2901/2903 kann man z.B. aus der unstabilisierten 
Eingangsspannung Deines Spannungsreglers versorgen. Liegt die zwischen 
7V und 30V ist das kein Problem. Den Pullup am Ausgang des Komparators 
dann einfach nach 5V schalten.
Dann funktioniert er mit Eingangsspannungen von -0,2V bis über 5V.

Michael

Autor: Michael R. (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> Diese kurze Zeit wirst du mit dem TL084
> kaum erreichen, da dessen Antwortzeit ja nicht nur von der Slewrate
> abhängt, sondern auch von Verzögerungen der Eingangsstufe und Sätti-
> gungseffekten der Ausgangsstufe beeinflusst wird.

Die Entsättigung der Ausgansstufe bei OPVs dauert häufig deutlich länger 
als 10µs.

Michael

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Ich habe gerade mal den LM393 und dem TL082 miteinander verglichen.
Testaufbau und Messergebnisse vom Oszi sind im Anhang.

Damit der TL082 eine Eingangsspannung von 0V verarbeiten kann, habe ich
ihm eine negative Versorgungsspannung von -2V gegönnt. Der LM393 braucht
diese nicht.

Beide Kandidaten werden erwartungsgemäß umso langsamer, je kleiner die
Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen beim Umschalten ist.
Ich habe als Schwellwert 0,39V und als Signalspannung 0,53V und 0V
genommen. Damit sind die Eingangsdifferenzspannungen 0,14V bzw.-0,39V.

Ergebnisse:

- Der LM393 braucht bei der steigenden Flanke recht lange (750ns), um
  aus der Sättigung herauszukommen. Danach geschieht der Signalanstieg
  innerhalb von 250ns.

- Beim TL082 ist der Sättigungseffekt bei der steigenden Flanke wider
  Erwarten kaum zu erkennen, dafür dauert aber der Signalanstieg 1,5µs,
  so dass er insgesamt langsamer als der LM393 ist.

- Bei der fallenden Flanke braucht der TL082 doppelt so lange (400ns)
  wie der LM393 (200ns), um aus der Sättigung herauszukommen. Die
  Abfallzeiten sind bei beiden deutlich kürzer als die Anstiegszeiten,
  aber auch hier schneidet der TL082 schlechter ab.

- Durch Verringern des Schwellwerts (Erhöhung der Eingangsdifferenzspan-
  nung) kann die Anstiegsgeschwindigkeit des TL082 gesteigert werden.
  Dies geht aber stark auf Kosten der Abfallgeschwindigkeit. Wählt man
  den Schwellwert zu klein, besteht zudem die Gefahr, dass Low-Pegel
  (die ja meist etwas oberhalb von 0V liegen dürften) am Eingang nicht
  mehr als solche erkannt werden

- Da der TL082 mit einer negativen Spannung versorgt werden muss, liegt
  auch der Low-Pegel am Ausgang im negativen Bereich, was ein Problem
  für die nachfolgende Schaltung darstellen kann.

Obwohl der Input-Common-Mode-Voltage-Range der beiden Bausteine nicht
bis zur positiven Versorgungsspannung heranreicht, wird eine Signalspan-
nung von 5V von beiden korrekt in einen High-Pegel am Ausgang umgesetzt,
da es für den Komparatorbetrieb genügt, wenn einer der beiden Eingänge
innerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Wichtig ist nur, dass das
Eingangssignal innerhalb der Maximum Ratings bleibt, was aber hier kein
Problem darstellt.

Auch wenn der TL082 etwas besser abschneidet als erwartet, würde ich auf
jeden Fall den LM393 vorziehen. Falls die relativ lange Verzögerung beim
Low-High-Übergang stört, sollte man einen Komparator mit Antisättigungs-
vorrichtung und evtl. einem Push-Pull-Ausgang einsetzen, der aber etwas
teurer als der LM393 ist.

Autor: Michael R. (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> - Beim TL082 ist der Sättigungseffekt bei der steigenden Flanke wider
>   Erwarten kaum zu erkennen, dafür dauert aber der Signalanstieg 1,5µs,
>   so dass er insgesamt langsamer als der LM393 ist.

Beim TL082 gibt es kaum Sättigungseffekte, weil seine Ausgangsstufe gar 
nicht sättigen kann. Als Emitter/Source-Folger hat man automatisch keine 
Sättigung, deshalb reagiert der TL082 relativ schnell. Nachteil: Mit 
dieser Technik ist kein Rail2Rail-Ausgang möglich.

Bei der High-->Low-Flanke scheint dagegen intern eine Stufe gesättigt zu 
haben.

Michael

Autor: Björn G. (tueftler)
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Noch schnell, schnell Feedback geben.

Vielen vielen Dank für die ganzen Erklärungen und durchgeführten Tests.
Ich habe heute den Komparator bekommen.
Leider bin ich echt gerade extrem ausgelastet und hoffe Euch übermorgen 
ein angemessenes Feedback zu geben.

Sorry :(

Gruß,
Björn

Autor: Björn G. (tueftler)
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So, nu wirds aber auch mal Zeit für das erwähnte Feedback :)

Habe die Schaltung nun mit einem LM293 aufgebaut und funktioniert!
Danke nochmals für die ganzen Tips und Infos in Sachen Komparatoren vs 
OPs.

Leider haben die Komparatoren in den günstigen Preissegmenten nie einen 
Push/Pull Ausgang woraufhin man dann einen externen PullUp benötigt.

Laut Datenblatt kann der Komparator 16mA Sinkstrom.
Habe momentan 1k Pullup dran, damit die steigende Flanke auch steil ist.
Eigentlich dachte ich, ich könnte mit dem Widerstand noch etwas 
niedriger gehen, doch dann bekommt er die Spannung nicht mehr komplett 
runter gezogen.

Nun funktioniert es aber erstmal - das Projekt muß fertig werden.

Gruß, Björn

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