Hi! Ich habe eine Last, die man vornehmlich als kapazitiv betrachten kann. Dafür benötige ich einen Treiber. Das Ganze könnte man als OpAmp mit einem nachgeschalteten Koaxkabel betrachten, welches weit unterhalb seines normalen Frequenzbereiches benutzt wird. Daher verschwindet der Induktivitätsbelag und es bleibt der Kapazitätsbelag. Um mal Werte zu nennen: 10nF, 3Vpp, 100KHz Nun gibt es eine Stabilitätsgrenze für OpAmps die als ein Treiber fungieren sollen, für eine kapazitive Last. Der übliche Weg ist ein kleiner Widerstand in Reihe am Ausgang. Aber das gilt doch nur für Verstärker mit Spannungsrückkopplung, oder? Was nun wenn der Treiber keine Rückkopplung hat bzw. als Stromwandler fungiert? Ich habe einige Stunden rumgegoogelt, bin aber nicht wirklich schlau geworden! Hatte gedacht bei den Hifi-Jüngern auf fertige Antworten zu stoßen, aber das fruchtete auch nicht. Hat jemand dafür ne Theorie bzw. gute Links? Mich interessiert vornehmlich die Frage wann solch ein Konstrukt instabil wird. Bzw. eine Simulation, die ziemlich sicher in einem Schwingverhalten endet. Sodaß ich solange dran rumspielen kann, bis das Ding eben stabil ist. Bislang hatte ich solche Sachen immer über die Sprungantwort optimiert. Eine Nebenfrage ergab sich aus dem Audiobereich dann auch: Warum werden die üblichen Verstärker alle über die Spannung gesteuert, wenn die Auslenkung einer Lautsprechermenbran doch vom Strom abhängt? Damit werden die Verzerrungen doch bei Spannungssteuerung höher als wenn es über den Spulenstrom gesteuert wird. Her mit euren Gedanken. Dürfen auch unausgegoren sein. Danke!
>Warum werden die üblichen Verstärker alle >über die Spannung gesteuert, wenn die Auslenkung >einer Lautsprechermenbran doch vom Strom abhängt? Die Impedanz eines Lautsprechers weist Resonanzüberhöhungen auf, besonders im Gehäuse. Diese sind mechanisch bzw. akustisch bedingt. Umgekehrt soll die Endstufe einen überschwingenden Lautsprecher, welcher dann als Generator fungiert, abbremsen und bedämpfen.
>Aber das gilt doch nur für Verstärker mit Spannungsrückkopplung, oder? Stromgegengekoppelte OPamp brauchen auch einen Schwingschutzwiderstand am Ausgang. >Was nun wenn der Treiber keine Rückkopplung hat bzw. als Stromwandler >fungiert? ? >Mich interessiert vornehmlich die Frage wann solch ein Konstrukt >instabil wird. Das ist ganz einfach: Jeder Ausgang hat eine endliche Ausgangsimpedanz. An die kommst du aber nicht ran, weil die chiptintern ist. Diese bewirkt mit einer kapazitiven Last ein "Phase Lag". Machst du also an einem solchen Ausgang mit kapazitiver Last eine Gegenkopplung dran, die du auf den invertierenden Eingang zurückführst, dann hast du diese "Phase Lag" jetzt auch in der Gegenkopplung und diese frißt die "Phase Margin" auf. Dazu kommt noch einen weitere "Phase Lag" durch die Streukapazität am invertierenden Eingang, die man aber durch eine "Phase Lead" Kapazität teilweise kompensieren kann.
Abdul K. schrieb: > Her mit euren Gedanken. Warum nimmst Du nicht einfach einen OP der dafür ausgelegt ist? z.B. AD826 oder einen aus der "anyCap" Serie? http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD826.pdf Gruß Anja
Der AD826 hat diese interne RC-Rückkopplung in der internen Ausgangsstufe, welche auch in dem Buch Analog circuit design: operational amplifiers, analog to digital convertors ... von Johan H. Huijsing beschrieben ist <als neuere Idee>. An anderer Stelle wird empfohlen, vor die Endstufentransistoren in die Basis jeweils einen Widerstand zu bauen. Wenn ich das mal übersetzen darf: also die Slew-rate runterzusetzen. Das mag sinnvoll sein, wenn das ft der Transen eh viel höher ist als die gewünschte Bandbreite. Um es kurz zu machen: Der Treiber muß mit 5V auskommen, mindestens 500mA Dauerstrom können und kurzschlußfest sein. Außerdem billich, wie immer ;-) Zumindest mal rein informativ fand ich bei LTC nichts. Also habe ich mit Einzeltransen in LTspice gespielt. Leider gibt SPICE keine Antwort auf Designfragen. Gibt es echt keine erbauliche Antwort bzw. Konstruktion? Kompi fragte: >>Was nun wenn der Treiber keine Rückkopplung hat bzw. als Stromwandler >>fungiert? >? Was soll das Fragezeichen? Du kannst dir keinen Verstärker ohne Rückkopplung vorstellen - oder wie habe ich das zu verstehen? Keine Rückkopplung verschlechtert die Signalqualität. Eventuell kann man aber je nach Anwendung mit diesem Effekt leben. Es stellt sich die Frage, ob ein Verstärker ohne jegliche Rückkopplung grundsätzlich eigenstabil ist.
>Was soll das Fragezeichen? Du kannst dir keinen Verstärker ohne >Rückkopplung vorstellen Doch natürlich. Ich kenne sogar ein paar... >- oder wie habe ich das zu verstehen? Was meinst du mit "Stromwandler"? >Es stellt sich die Frage, ob ein Verstärker ohne jegliche Rückkopplung >grundsätzlich eigenstabil ist. Ich denke nicht, weil eine starke kapazitive Last ja auch den AC-Arbeitspunkt drastisch verändert. Simuliere doch mal eine solche typische Ausgangsstufe unter veränderlicher kapazitiver Last. Oder simuliere mal einen BUF602 oder BUF634.
>Ich habe eine Last, die man vornehmlich als kapazitiv betrachten kann. >Dafür benötige ich einen Treiber. Das Ganze könnte man als OpAmp mit >einem nachgeschalteten Koaxkabel betrachten, welches weit unterhalb >seines normalen Frequenzbereiches benutzt wird. Daher verschwindet der >Induktivitätsbelag und es bleibt der Kapazitätsbelag. Um mal Werte zu >nennen: 10nF, 3Vpp, 100KHz Warum arbeitest du denn nicht in 50/75R Technik mit Wellenwiderstandsanpassung? Wegen des hohen Signalpegels?
Kompi schrieb: > Was meinst du mit "Stromwandler"? > Strom am Eingang mal x gleich Ausgangsstrom. Ich hänge der fixen Idee nach, daß eine hauptsächlich kapazitive Last eine Stromansteuerung wünscht. >>Es stellt sich die Frage, ob ein Verstärker ohne jegliche Rückkopplung >>grundsätzlich eigenstabil ist. > > Ich denke nicht, weil eine starke kapazitive Last ja auch den > AC-Arbeitspunkt drastisch verändert. Simuliere doch mal eine solche > typische Ausgangsstufe unter veränderlicher kapazitiver Last. Oder > simuliere mal einen BUF602 oder BUF634. Einen diskreten BUF634 finde ich interessant, mache mir aber Sorgen um die DC-Stabilität. Wenn ich da nun Stromspiegel einbaue, müssen alle Transen dem Ausgangsstrom gewachsen sein? Hm. Habe ich noch nicht zuende geSPICEed. >Warum arbeitest du denn nicht in 50/75R Technik mit >Wellenwiderstandsanpassung? Wegen des hohen Signalpegels? Die kapazitive und resistive Last ist sehr veränderlich. Wenn ich nun auf Z0 gehe, dann ergibt sich ein erheblich vergrößerter Pegelbereich, denn ich durch eine geregelte Vorstufe an den Empfängern ausgleichen muß. Außerdem muß natürlich der Sendestrom erstmal aufgebracht werden.
Abdul K. schrieb: > An anderer Stelle wird empfohlen, vor die Endstufentransistoren in die > Basis jeweils einen Widerstand zu bauen. Wenn ich das mal übersetzen > darf: also die Slew-rate runterzusetzen. Falsch, die SR wird bei den allermeisten Verstärkern durch den Ruhestrom der Eingangsdiff-Stufe bestimmt (denn der lädt die Korrektur-Millerkapazität um), aber nie durch die Ansteuerung der Endstufen. > Das mag sinnvoll sein, wenn das > ft der Transen eh viel höher ist als die gewünschte Bandbreite. Auch falsch. Die Ft der Transistoren muss sogar viel größer sein, als die Bandbreite. > Es stellt sich die Frage, ob ein Verstärker ohne jegliche Rückkopplung > grundsätzlich eigenstabil ist. Ein Verstärker ohne Rückkopplung ist in jedem Fall stabil. Dein Problem, so wie ich es verstanden habe, kannst du auf folgendem Weg lösen: Du entwirfst einen Verstärker, der (innerhalb der Bandbreite mit V>1) nur einen Pol im Frequenzgang haben darf und dieser Pol muss durch die Lastkapazität gebildet werden. So ein Verstärker lässt sich gegenkoppeln und ist dabei stabil.
Hm. Habe ich nun nicht so wirklich verstanden. Hilft es, wenn wir den klassischen OpAmp verlassen und keinerlei DC-Verstärkung mehr brauchen? Nur noch zur Arbeitspunktstabilisierung. Das Signal ist gleichtaktfrei, kann also per Kondi am Ein- und Ausgang des Verstärkers gekoppelt werden. Stimmt, für Audio würde das auch zutreffen. Momentan ist wohl der BUF634 der richtige Weg. Muß nur rauskriegen, wie ich das diskret aufgebaut, denn auch stabilisiert bekomme.
So einen Verstärker wie den BUF634 bekommt man thermisch stabil über Transistoren am Emitter der Ausgangstransistoren und dann eine gute thermische Kopplung der Transistoren. Gegen HF mäßige Instabilität wirken in der Schaltung Widerstände an den Basen. Man sollte sich aber klar machen, das dies eine Schaltung ohne starke Rückkopplung ist, also nicht super linear wie ein guter Audioverstärker. In der Schaltung 100 kHz sind nun auch noch nicht besonders schnell, das ginge auch noch wie beim Audioverstärker mit Rückkopplung und dann mit Widerstand am Ausgang zur Entkopplung. Das müssen keine 75 Ohm passend zum Wellenwiderstand sein - 1-4 Ohm reichen da schon aus. In einer Schaltung mit Stromsteuerung funktioniert der Widerstand ggf. auch, und eine Kapazitive Last ist da ggf. auch gar kein Problem. Einfacher wäre es wenn man mehr über die geplante Funktion erfährt - da fehlen noch einige Information über die Ominöse Rückkopplung, nicht über die Spannung.
Abdul K. schrieb: > Der übliche Weg ist ein kleiner Widerstand in Reihe am Ausgang. Mit dem Rückkoppelungsabgriff an der Last und nicht am Ausgang selbst. http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/op_cload/op_cload.htm Microchip zeigt dies mit der klassischen Rückkopplung und einen Serienwiderstand. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00884a.pdf Eine diskrete Stufe bei den knappen Versorgungsgrenzen und Austeuerungen selbst aufbauen halte ich für ein mühsames Unterfangen. Sollte die Linearität / Verzerrungen sowie Temperaturdrift unkritisch sein, wird es wohl klappen.
Wenn ich Oszillatoren bauen soll oder will, mache ich das so: Im Simulator habe ich mein Schaltungskonstrukt und ich will wissen ob und wann es instabil wird. Ich gehe in die AC oder meist in die SP-Simulation und schließe einen 50-Ohm-Generator an einen Knoten der Schaltung an. Bzw. nacheinander an verschiedene Punkte. Dann stebe ich S-Parameter/Reflexionskoeffizienten >1 an. Wenn dazu auch noch der Imaginärteil Null wird, dann ist der "gesehene" Widerstand negativ und reell. Stimmt der Phasendurchlauf auch noch, dann ist die Schaltung ziemlich sicher Instabil nach Trennung vom Generator. Das tolle an der Sache ist die Möglichkeit das auch mit dem Netzwerkanalysator in der Realität auszuprobieren, zwecks Vergleich zur Simulation. Das habe ich schon oft erfolgreich angewandt. Stickwort ist "Auxiliary Generator". Vorsicht, der Begriff wird in verschiedenen Sichtweisen eingesetzt. Gruß Silvio
Ulrich schrieb: > So einen Verstärker wie den BUF634 bekommt man thermisch stabil über > Transistoren am Emitter der Ausgangstransistoren und dann eine gute > thermische Kopplung der Transistoren. Gegen HF mäßige Instabilität > wirken in der Schaltung Widerstände an den Basen. Man sollte sich aber > klar machen, das dies eine Schaltung ohne starke Rückkopplung ist, also > nicht super linear wie ein guter Audioverstärker. Sicherlich meintest du Widerstände . Ich möchte eine Rückkopplung wirklich nur für die Stabilisierung der Offsetspannung. Superlinear muß es nicht sein. > > In der Schaltung 100 kHz sind nun auch noch nicht besonders schnell, das > ginge auch noch wie beim Audioverstärker mit Rückkopplung und dann mit > Widerstand am Ausgang zur Entkopplung. Das müssen keine 75 Ohm passend > zum Wellenwiderstand sein - 1-4 Ohm reichen da schon aus. In einer > Schaltung mit Stromsteuerung funktioniert der Widerstand ggf. auch, und > eine Kapazitive Last ist da ggf. auch gar kein Problem. > Kann man den notwendigen Widerstand aus der Varianz des Beta des Transistors abschätzen? Momentan habe ich den Endstufentransen komplementäre Stromspiegel vorgeschaltet. Die werden wohl den größten Teil der Stromgegenkopplung durch den Emitterwiderstand wieder wegbügeln. Das ist irgendwie kontraproduktiv. > Einfacher wäre es wenn man mehr über die geplante Funktion erfährt - da > fehlen noch einige Information über die Ominöse Rückkopplung, nicht über > die Spannung. Da gibts nix groß zu sagen und die genaue Verwendung werde ich nicht preisgeben. Eine ominöse Rückkopplung gibt es nicht. Einzig werde ich den Pegel algorithmisch durch Kenntnisnahme der Anzahl der Empfänger entsprechend variieren.
Angehängte Dateien:
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CAI_11.gif
11 KB
mischu schrieb: > Abdul K. schrieb: >> Der übliche Weg ist ein kleiner Widerstand in Reihe am Ausgang. > > Mit dem Rückkoppelungsabgriff an der Last und nicht am Ausgang selbst. > http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/op_cload/op_cload.htm > > Microchip zeigt dies mit der klassischen Rückkopplung und einen > Serienwiderstand. > http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00884a.pdf > Danke. > Eine diskrete Stufe bei den knappen Versorgungsgrenzen und Austeuerungen > selbst aufbauen halte ich für ein mühsames Unterfangen. Sollte die > Linearität / Verzerrungen sowie Temperaturdrift unkritisch sein, wird es > wohl klappen. Die 5V kommen daher, das ich keine zweite Versorgungsspannung bereitstellen möchte und die 5V eh bereits woanders brauche. Die sind auch geregelt. Ein Umstand, den OpAmp-Hersteller nicht haben. Habe mal die bisherige Idee angehangen.
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