Komisches Verhalten der Gegentaktspannungsverstärkung in LTspice-Simulation

[Olli (Gast)]

Hallo!

Ich habe einen Schaltplan meiner Schaltung angehängt, mit der ich eine 
kleine Spannung ~0-2mV verstärken möchte. In der Simulation funktioniert 
die Schaltung auch mehr oder weniger, aber wenn ich die "theoretische" 
Gegentaktspannungsverstärkung über die Formel

(Ausgangsspannung-Referenzspannung)/Eingangsspannung 
=Gegentaktspannungsverstärkung

berechnen lasse, sieht das über der sich ändernden Eingangsspannung 
(eigentlich über dem sich ändernden Widerstand, über dem die 
Eingasspannung abfällt, aber läuft durch den konstanten Strom auf das 
gleiche raus) geplotete Ergebnis etwas komisch aus.
Kann mir hier jemand weiterhelfen, anw as das liegt?

Vielen Dank im Voraus.

Gruß

[Klaus R. (klara)]

Hallo Olli,
genau weiss ich es auch nicht. Aber mach mal die Versorgungsspannung 
symmetrischer. Setze Uref mal so das Du +/- 4,5V erhältst.

Ansonsten, die Verstärkung ist sehr hoch gewählt und die Auflösung des 
Plots ist sehr fein. Vielleicht gibt es da bei dieser hohen Verstärkung 
leichte Anzeichen einer grenzwertigen Stabilität.

Gruss Klaus.

[Olli (Gast)]

Klaus Ra. schrieb:
> Hallo Olli,
> genau weiss ich es auch nicht. Aber mach mal die Versorgungsspannung
> symmetrischer. Setze Uref mal so das Du +/- 4,5V erhältst.
>
> Ansonsten, die Verstärkung ist sehr hoch gewählt und die Auflösung des
> Plots ist sehr fein. Vielleicht gibt es da bei dieser hohen Verstärkung
> leichte Anzeichen einer grenzwertigen Stabilität.
>
> Gruss Klaus.

Du meinst pos. und neg. Versorgung +-4,5V bzw. halt +-9V? Das ändert 
leider nichts.

Was meintest du mit der Referenzspannung? Damit schieb ich doch nur 
meine Ausgangsspannung nach oben/unten, oder?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Da R_Mess im Vergleich zu R_MUX1 und R_MUX2 sehr klein ist und LTspice
defaultmäßig nur mit einfacher Genauigkeit rechnet, entstehen bei der
Differenzspannung U_Rmess_1-U_Rmess_2 Auslöschungsfehler, die zu den
Zacken im Plot führen.

Mit der Option numdgt wird zum einen die Anzahl der signifikanten
Ziffern in der ASCII-Ausgabedatei eingestellt, zum anderen bewirkt ein
Wert von 7 oder mehr, dass LTspice intern mit doppelter Genauigkeit
rechnet. Der Defaultwert für numdgt ist 5.

Füge in den Schaltplan also einfach die Direktive

.options numdgt=7

ein, und die Zacken sind weg.

Die Verstärkung wird dann bei kleinen Eingangsspannungen scheinbar immer
noch nicht konstant sein, da das Spice-Modell des LT1167 (absichtlich
oder unabsichtlich) einen kleinen Offsetfehler hat. Berücksichtigst du
diesen in deiner Formel für die Verstärkung, wirst du die erwartete
horizontale Linie erhalten.

[Klaus R. (klara)]

Olli schrieb:
> Du meinst pos. und neg. Versorgung +-4,5V bzw. halt +-9V? Das ändert
> leider nichts.

Du hast mit V1 eine Spannung von 9V angelegt. V- liegt an Masse V+ hat 
gegenüber Masse 9V. Das Signal hat als Bezugspotential Masse. Ich weiss 
nicht ob der LT1167 ein Rail-Rail OP ist. Jedenfalls hatte ich bei einer 
ähnlichen Konstellation mit einem INA333 von TI einen kleinen Reinfall. 
Mit dem Ref - Eingang des Instrumentenverstärkers kann man diese 
Asymmetrie korrigieren.

Um der Sache auf den Grund zugehen spendiere eine klassische 
symmetrische Spannung mit V+ = 4,5V gegen Masse und v- = -4,5 gegen 
Masse.
Gruss Klaus

[Helmut S. (helmuts)]

@Olli
Hänge mal den Schaltplan(.asc) an, dann kann ich dir ganz genau sagen 
was du falsch machst. Alles andere wäre Kaffeesatz lesen.
Gruß
Hemut

[Olli (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> Da R_Mess im Vergleich zu R_MUX1 und R_MUX2 sehr klein ist und LTspice
> defaultmäßig nur mit einfacher Genauigkeit rechnet, entstehen bei der
> Differenzspannung U_Rmess_1-U_Rmess_2 Auslöschungsfehler, die zu den
> Zacken im Plot führen.
>
> Mit der Option numdgt wird zum einen die Anzahl der signifikanten
> Ziffern in der ASCII-Ausgabedatei eingestellt, zum anderen bewirkt ein
> Wert von 7 oder mehr, dass LTspice intern mit doppelter Genauigkeit
> rechnet. Der Defaultwert für numdgt ist 5.
>
> Füge in den Schaltplan also einfach die Direktive
>
>

> .options numdgt=7
>

>
> ein, und die Zacken sind weg.
>
> Die Verstärkung wird dann bei kleinen Eingangsspannungen scheinbar immer
> noch nicht konstant sein, da das Spice-Modell des LT1167 (absichtlich
> oder unabsichtlich) einen kleinen Offsetfehler hat. Berücksichtigst du
> diesen in deiner Formel für die Verstärkung, wirst du die erwartete
> horizontale Linie erhalten.

Super Tipps, danke!!! Hat alles soweit funktioniert.

Ich habe allerdings noch eine Frage:

- Wenn ich als versorgung +-5V wähle und im Datenblatt des Verstärkers 
angegeben ist, dass der Output Voltage Swing von (-Vs + 1,1) bis (+Vs - 
1,2) geht und ich eine Referenzspannung von 500mV wähle, wieso geht 
meine Ausgangsspannung dann bei etwa 1,2V in die Knie?
Ich hätte jetzt gedacht, dass ich am Ausgang bis Vs-Vref-(interner 
Spannnungsabfall) komme. Mit (interner Spannungsabfall) mein ich die 
1,1V bzw 1,2V aus dem Datenblatt, die ich oben erwähnt hatte.
Also bei mir wäre das doch dann 5V-1,2V-0,5V =3,3V
Oder? (Der Schaltplan ist angehängt. Wenn noch ein file gebraucht wird 
bitte Bescheid sagen.)

> Du hast mit V1 eine Spannung von 9V angelegt. V- liegt an Masse V+ hat
> gegenüber Masse 9V. Das Signal hat als Bezugspotential Masse. Ich weiss
> nicht ob der LT1167 ein Rail-Rail OP ist. Jedenfalls hatte ich bei einer
> ähnlichen Konstellation mit einem INA333 von TI einen kleinen Reinfall.
> Mit dem Ref - Eingang des Instrumentenverstärkers kann man diese
> Asymmetrie korrigieren.
>
> Um der Sache auf den Grund zugehen spendiere eine klassische
> symmetrische Spannung mit V+ = 4,5V gegen Masse und v- = -4,5 gegen
> Masse.

Mir ist inzwischen aufgefallen, dass der LT1167 mit symmetrischer 
Versorgung "besser" zu arbeiten scheint..Damit mein ich, dass die 
Gegentaktverstärkung weniger schwankt.
Anfangs wollte ich halt bei einer rein pos. Versorgung bleiben...

> @Olli
> Hänge mal den Schaltplan(.asc) an, dann kann ich dir ganz genau sagen
> was du falsch machst. Alles andere wäre Kaffeesatz lesen.

Ist getan.

Danke nochmal an alle.

Gruß Olli

[Klaus R. (klara)]

Olli schrieb:
> - Wenn ich als versorgung +-5V wähle und im Datenblatt des Verstärkers
> angegeben ist, dass der Output Voltage Swing von (-Vs + 1,1) bis (+Vs -
> 1,2) geht und ich eine Referenzspannung von 500mV wähle, wieso geht
> meine Ausgangsspannung dann bei etwa 1,2V in die Knie?

Ich könnte mir denken das man mit der Referenzspannung ebenfalls im 
Bereich des Output Voltage Swing bleiben sollte.

Gruss Klaus.

[Olli (Gast)]

Klaus Ra. schrieb:
> Olli schrieb:
>> - Wenn ich als versorgung +-5V wähle und im Datenblatt des Verstärkers
>> angegeben ist, dass der Output Voltage Swing von (-Vs + 1,1) bis (+Vs -
>> 1,2) geht und ich eine Referenzspannung von 500mV wähle, wieso geht
>> meine Ausgangsspannung dann bei etwa 1,2V in die Knie?
>
> Ich könnte mir denken das man mit der Referenzspannung ebenfalls im
> Bereich des Output Voltage Swing bleiben sollte.
>
> Gruss Klaus.

Ist sie doch, wenn ich als neg. versorgung -5V und als pos. versorgung 
+5V wähle, oder hab ich dich falsch verstanden?

Gruß
Olli

[Helmut S. (helmuts)]

Laut Datenblatt darf die Eingangsspannung nur bis 1,4V an die 
+Versorgung. Das hältst du mit deinen 4V nicht ein. Simuliere mit +6V 
Versorgung dann geht es.

[Olli (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Laut Datenblatt darf die Eingangsspannung nur bis 1,4V an die
> +Versorgung. Das hältst du mit deinen 4V nicht ein. Simuliere mit +6V
> Versorgung dann geht es.

Ahhhh natürlich!! Habs verstanden, vielen Dank!!