Hallo alle zusammen,
die angefügte Schaltung hat eine Bandbreite von 5MHz und schwingt mit
der selbigen Frequenz am Ausgang. Die Schaltung wurde in LTSpice
erfolgreich getestet, jedoch ist jetzt beim Aufbau ein 5MHz Schwingen zu
erkennen. Woran kann das liegen?
Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf
f0=5MHz dimensioniert.
Wo könnte sich der Fehler eingeschlichen haben?
Ich habe bereits die Versorgungsspannung an jedem OP mit einem extra
Kondensation geblockt, ohne erfolg.
Bei dem Entfernen der Differenzenverstärkerstufe endete das Schwingen.
Beste Grüße
Hans
Hans Dorsch schrieb:> die angefügte Schaltung hat eine Bandbreite von 5MHz und schwingt mit> der selbigen Frequenz am Ausgang.>> Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf> f0=5MHz dimensioniert.
Das geht so nicht. Wenn du 3 Stufen à 5MHz Bandbreite in Reihe
schaltest, dann ist die resultierende Bandbreite höchstens
~5MHz/SQRT(3)~2,9MHz.
Die 22R als Last für U1 finde ich etwas wenig.
> Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf> f0=5MHz dimensioniert.> Bei dem Entfernen der Differenzenverstärkerstufe endete das Schwingen.
Ja, aber in der Realität arbeiten die Stufen zusammen und belasten
sich gegenseitig bzw. stellen andere Quellbedingungen dar als in der
einzelnen Simulation.
Danke für die ersten Anregungen!
Ich habe das PCB-Design dem Datenblatt entsprechend durchgeführt. Alles
in 1206 aufgebaut.
Das sich die Bandbreite bei einem stufigen Aufbau reduziert ist mir
bekannt, was das Schwingen aber nicht erklärt.
Kann der Grund für das Schwingen am Spannungsteiler der letzten Stufe
liegen?
PS: Eine kapazitive Last am Ausgang ist nicht vorhanden.
Hallo,
Du hast doch eine Kapazität in der Rückkopplung. Kann es sein, dass an
einer Stelle in deinem Aufbau sich ein Fehler eingeschlichen hat und die
auf Masse liegt?
Trenne alle Stufen von einander und messe alle für sich durch. Dann
kannst du sehen, wann der Schwinger auftritt.
Warum begrenzt du die Bandbreite der einzelnen Stufen? Warum machst du
das nicht einmal am Anfang und dannach lässt du das weg? Wenn du die
hohen Frequenzen am Eingang nicht drauf gibst werden die auch ganz am
Ende nicht drauf sein.
Gruß, jens
Deine Schaltung hat insgesamt eine ziemlich hohe Verstärkung, das ist
immer anfällig für Schwingungen.
Wenn so eine Schaltung schwingt, liegt die Ursache meistens darin, dass
das Ausgangssignal irgendwie auf den Eingang zurückgekoppelt wird. Das
kann z.B. über die Versorgungsspannung passieren oder über die Masse
oder auch irgendwie kapazitiv oder induktiv direkt vom Ausgang zum
Eingang.
Ich würde als erstes mal die Spannungs-Versorgungen der einzelen Stufen
voneinander entkoppeln (Kondensatoren an jeden einzelnen OP, dazwischen
Reihenwiderstände oder Ferrite).
R6/R7 bei U5 schaut jetzt schon verdächtig aus, dass hier von der
Betriebspannung was rückgekoppelt wird. Vlt. mit gefilterter Spannung
versorgen und mit Kondensator für HF stabilisieren.
Grüsse
Das sehe ich jetzt erst.
Bei deiner Simulation ist V2 falsch rum drin. Du willst doch eine
symmetrische Spannung erzeugen. Da ist aber auch der (-)Anschluss auf
V-.
Wenn du das in deinem Aufbau auch so hast, dann hast du keine
symmetrische Versorgung. Dann stimmt dein gesamtes Spannungskonzept
nicht und deine Masse in der Schaltung ist nicht stabil.
Messe das mal nach und poste die Ergebnisse der Messungen hier.
Gruß, jens
Die Versorgungsspannung liegt korrekt auf -5V.
Der Spannungsteiler wurde bereits erfolglos durch eine eigene
stabilisierte Spannungsquelle ersetzt.
Ich bin grade drauf und dran nochmal auf die ausgeschlossene kapazitive
Last zu prüfen. Ein abgeschlossenes Koaxialkabel von 3m kann doch nicht
die Ursache sein, oder?
>Wo könnte sich der Fehler eingeschlichen haben?
Der OPA656 ist ein 200MHz OPamp, den darf man nicht einfach wie einen
gewöhnlichen OPamp beschalten. Insgesamt sind C3 und Ctot zu groß und R2
zu klein. Das ergibt ein "phase lag"-Maximum von rund 50° im Bereich von
rund 5MHz. Kein Wunder, daß die Schaltung dort schwingt.
Wahrscheinlich kommen noch ein paar andere Fehler hinzu, weil der OPamp
eigentlich gerade noch stabil laufen müßte. Hast du denn eine
durchgehende Massefläche und einen kompakten Aufbau? Jeder Millimeter
zählt!
Hauptfehler, der immer wieder gemacht wird, ist die mangelhafte
Entkopplung der OPamps. Es reicht nicht nur, jeden einzelnen OPamp zu
entkoppeln, sondern die OPamp müssen auch noch voneinander isoliert
werden. Dazu kann man mit kleinen Widerständen (10...22R) RC-Glieder
bauen, die für jeden OPamp individuell die Versorgungsspannung sieben.
In hartnäckigen Fällen schaltet man den Widerständen sogar noch kleine
SMD "ferrite beads" in Serie.
Wovon man heute abgeht, ist die Verwendung von unterschiedlichen,
parallelgeschalteten Entkoppelcaps. Heute nimmt man 2,2...10µ/X7R/0805
Caps, die man alleine vom Versorgungsspannungspin zur Massefläche
schaltet. Das völlig überholte Gemurkse in den Datenblättern entstammt
einer Zeit, in der Caps im µF-Bereich noch globige Monster waren. Große
Kapazität plus niedrige Induktivität konnte man nur mit einer solchen
Parallelschaltung erzielen, wobei man die entstehenden, höchst
unerwünschten Resonanzen in Kauf nehmen mußte oder durch geschickte
Bauteilwahl zumindest in einen Frequenzbereich geschoben hat, in dem sie
weniger Unheil anrichteten.
Der Spannungsteiler R6/R7 ist der Kracher in der Schaltung. Wie dämlich
ist das denn?? Du kannst doch nicht die verseuchte Versorgungsspannung
direkt in den Signalweg schleusen! Wenn du einen Offset erzeugen willst,
dann mußt du das natürlich mit einer gründlich gesiebten Spannung
machen!!!
Und wie Arno schon sagte: R1 ist viel zu klein.
>Ich bin grade drauf und dran nochmal auf die ausgeschlossene kapazitive>Last zu prüfen. Ein abgeschlossenes Koaxialkabel von 3m kann doch nicht>die Ursache sein, oder?
Das hast du ja wohl hoffentlich in 50R-Technik angeschlossen??
Erhö doch mal R1 und R4 um eine Größenordnung bzw. auch C1. Oder laß C1
einfach mal kurz weg. Hab das jetz nicht alles durchgerechnet. Aber
zuerst wär es gut wenn du nur mal die erste Stufe testen könntest und
die Filter bzw. die weitere Signalaufbereitung erst mal wegläßt.
Die erste Stufe arbeitet mit einer Phasenreserve von 70° vollkommen
stabil.
Die zweite Stufe arbeitet mit der ersten Stufe schwingungsfrei, wenn die
dritte Stufe abgeklemmt worden ist.
Die dritte Stufe ist scheinbar problematisch. Wenn ich das
Ausgangssignal über eine Koaxialleitung abnehme sehe ich deutlich das
5MHz-Schwingen. Nun wird es spannend: Entnehme ich das Signal mit einem
Tastkopf anstelle des Koaxialkabels ist das Schwingen verschwunden. -
Nur warum?
Ich weiß, das ich in dem ersten Design den Serienwiderstand zum
Koaxialkabel unterschlagen habe. Das wird soweit behoben, jedoch erklärt
sich für mich dadurch noch nicht das Schwingen. Wenn ich am
Leitungsanfang keinen Leitungsabschluss habe, wirkt an dieser Stelle
nach Lettice ein Reflexionsfaktor von 1. Dieser sollte die Schaltung
doch nur tangieren, wenn kein korrekter Leitungsabschluss am Ende des
Koaxialkabels vorliegt (Reflexionsfaktor ungleich 0). Wenn am
Leitungsende nichts zum Leitungsanfang reflektiert wird, sollte die
Leitungsanpassung am Eingang doch zunächst unerheblich sein, oder?
Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich
höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf?
Hans Dorsch schrieb:> Entnehme ich das Signal mit einem> Tastkopf anstelle des Koaxialkabels ist das Schwingen verschwunden. -> Nur warum?> ...> Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich> höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf?
Hast du die bisherigen Antworten nicht gelesen?
Die dritte Stufe hat am Ausgang den größten Signalpegel; wenn man den
Belastet (z.B. mit einem 50 Ohm-Kabel), dann fließt auch ein
entsprechend hoher Strom. Dieser Strom fließt aber nicht nur in die Last
rein, sondern auch in den Versorgungs-Pins der Operationsverstärker und
über die Kondensatoren dort auch auf die Masse.
Es gibt jetzt irgend einen Pfad, über den sich dieses Signal vermutlich
auf den Eingang der ersten Stufe einkoppelt und dadurch schwingt die
Schaltung.
Entkopple als erstes mal (wie oben schon vorgeschlagen) die
Spannungsversorgungen der einzelnen Operationsverstärker. Wenn die
Schwingung dann immer noch da ist, solltest du dir Gedanken über die
Masse (Layout) machen.
Danke nochmal für die Zusammenfassung. Ich werde die Spannungsversorgung
genauer untersuchen. Wenn ich die Spannungsversorgung mit LC-Gliedern
stabilisieren möchte, wo lege ich dessen Resonanzfrequenz hin? Lege ich
jedes LC-Glied auf eine unterschiedliche Resonanzfrequenz?
>Die erste Stufe arbeitet mit einer Phasenreserve von 70° vollkommen>stabil.
Hast du nicht meinen Beitrag gelesen?? Wie hast du denn diese
Phasenresereve bestimmt?
>Die zweite Stufe arbeitet mit der ersten Stufe schwingungsfrei, wenn die>dritte Stufe abgeklemmt worden ist.
Die zweite Stufe ist zu niederohmig. Hast du denn nicht unsere Beiträge
gelesen??
>Ich weiß, das ich in dem ersten Design den Serienwiderstand zum>Koaxialkabel unterschlagen habe. Das wird soweit behoben, jedoch erklärt>sich für mich dadurch noch nicht das Schwingen.
Na, weil es einen Unterschied macht, ob du ein nacktes Kabel anhängst
oder die Geschichte in 50R-Technik aufbaust. Das eine Mal hast du eine
kapazitive Last von 300pF, die dir die "phase margin" ruiniert, das
andere Mal eine "ohmsche Last" von 100R.
>Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich>höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf?
Ich arbeite in meiner täglichen Praxis mit GHz-OPamps, bei denen sogar
die kapazitive Last eines Tastkopfs zu viel ist. Will ich dort messen,
muß ich immer erst einen 22R Serienwiderstand einfügen.
>Es gibt jetzt irgend einen Pfad, über den sich dieses Signal vermutlich>auf den Eingang der ersten Stufe einkoppelt und dadurch schwingt die>Schaltung.
R6/R7 ist ein solcher Pfad. Hier wird die ungefilterte
Versorgungsspannung direkt in den Signalweg eingekoppelt. So etwas
sollte man nicht einmal mit lahmen OPamps machen. Mit schlecht
gesiebten, hochverstärkenden 200MHz-OPamps ist es eine völlige
Katastrophe. Will der TO einen Offset erzeugen, muß er es anders machen.
>Wenn ich die Spannungsversorgung mit LC-Gliedern stabilisieren möchte, wo>lege ich dessen Resonanzfrequenz hin? Lege ich jedes LC-Glied auf eine >unterschiedliche Resonanzfrequenz?
Die wird nicht mit LC-Gliedern entkoppelt, sondern mit RC-Gliedern. Den
Widerständen kann man dann noch kleine "ferrite beads" in Serie
schalten. Hast du denn garnicht meinen Beitrag gelesen??
Zeige uns doch mal dein Layout. Ist es wirklich HF-Tauglich, so wie in
diesem Beispiel?
Beitrag "Re: OPA890 vs. OPA847 als Tranzimpedanzverstärker"
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