Hallöchen,
ich habe schon viel gelesen und auch persönlich das Problem, dass OPVs
wenn sie kapazitiv belastet werden zum Schwingen neigen.
Die selbe Erfahrung habe ich mit einem Impedanzwandler gemacht. Benutzt
habe ich einen OPA335. Ich möchte eine Gleichspannung durch zwei teilen.
Dazu habe ich einen Spannungsteiler gebaut und dahinter einen
Impedanzwandler gehängt, dass der Spannungsteiler nicht wirklich
belastet wird. Hinter dem OPV liegt eine Kapazität gegen Masse. Ich habe
nun auf meinem Gleichsignal eine Schwingung von 50kHz. Kann mir jemand
erklären wie es dazu kommt? Ich habe viel gelesen, dass es zum Schwingen
kommt, aber die Ursache wurde nie erklärt.
Die Kapazität am Ausgang des OPs bildet zusammen mit dem (open-Loop)
Ausgangswiederstand des OPs (üblicherweise so etwa 100 Ohm) ein RC-Glied
und verursacht so einen zusätzliche Phasenverschiebung von bis zu 90
Grad. Das ist dann leicht zu viel für die Regelschleife und der OP kann
schwingen.
Es gibt einige OPs die bei Kapazitiver Last weniger zum Schwingen
neigen, etwa der LF356. Aber auch hier wird die Stabilität schlechter
bei Kapazitiver Last, und Schaltungen die sonst schon kritisch sind, wie
etwa ein Hochpass können dann anfangen zu schwingen.
Die Übliche Abhilfe ist ein Widerstand (z.B. 100 Ohm) an Ausgang, wenn
nötig mit NF Gegenkopplung hinter dem Widerstand und HF mäßig vor dem
Widerstand.
Was hat die Nutzungsbedingung des Forums damit zu tun?
Aber warum fängt es denn an zu schwingen. Ich gebe auf den Eingang doch
nur ein Gleichsignal drauf.
Vielleicht habe ich es auch noch nicht richtig verstanden. Wenn ich mir
den Bodeplot eines Filters beispielsweise anschaue, dann schaue ich nach
AMplituden oder Phasenreserve. Sind die Bedingungen eingehalten, so
sollte das System nicht schwingen. Ist die Bedingung nicht eingehalten
und die Phasenreserve ist zu klein, so würde das System immer anfangen
zu schwingen, auch wenn ich nur ein Gleichsignal auf den Filter geben
würde?
Ich habe versucht meine Problemstellung in Tina zu simulieren, aber
Amplituden- und Phasenreserve sind eingehalten. Denn die Verstärkung ist
für alle Frequenzen kleiner 1 und somit kann die Phase doch eigentlich
springen so viel sie will oder?
Florian schrieb:> ...eine Schwingung von 50kHz
Ich schmeiss mal hier was in die Runde, falls der OPA das mit der
Kapazität können sollte, hast du an den Versorgungspins 0,1u Konis dran?
Wird öfters nicht beachtet, da fängt so manch eine simple
Transistorschaltung an zu schwingen wenn das fehlt.
@Greg: Bislang habe ich keine Kapazitäten an der Versorgungsspannung für
den OPV. Es geht mir gerade auch nicht darum, das wegzubekommen, sondern
lediglich um die Theorie dahinter, warum das passiert.
Nehme ich die Kapazität am AUsgang des OPVs weg, so ist auch das
Schwingen verschwunden.
Mich interessiert hierbei einfach, wodurch das passiert und wie ich das
im Bodeplot sehen kann.
Der Grund liegt ja scheinbar durch den dadurch gebildeten Tiefpass am
Ausgang. Nur dann müsste ich im Bodeplot doch eigentlich auch sehen,
dass die Phasenreserve zu klein ist, oder?
Hallo
Schwingen ist ein "natürliches" Verhalten von Regelkreisen welche eine
Verzögerung zwischen Regelaktion und Reaktion zeigen.
Von Wirtschaft ("Schweinezyklus") bis OpAmps.
Ziel ist ja immer einen Sollwert zu erreichen, beim OpAmp ist das
Spannung an +In == -In. Dazu wird solange in die Gegenrichtung gesteuert
bis dies eintritt. D.h.:
* Der Transsistor nach +VCC wird solange weiter aufgesteuert (es fließt
immer mehr Strom aus dem OpAmp Ausgang) wie +In < -In
* Der Transsistor nach -VCC wird solange weiter aufgesteuert (es fließt
immer mehr Strom in dem OpAmp Ausgang) wie +In > -In.
Wenn da jetzt ein Kondensator dran sitzt geht die Ladung erstmal in
diesen Kondensator und die Spannung am Ausgang und damit auch am
Rückkoppeleingang ändert sich nur langsam.
Ist der Konensator endlich voll und +In == -In wird erreicht, ist der
Ausgang viel zu weit aufgesteuert und die Spannung schießt über das Ziel
hinaus. Wird dann gegengeregelt muss der Kondensator erst wieder
umgeladen werden und das Spiel beginnt erneut.
da1l6
Das kannst du auch am Bodeplot sehen.
Wenn du dir das Diagramm ansiehst, das die Verstärkung in Abhängigkeit
zur Frequenz zeigt (Open-Loop / Frequenz) kannst du sehen, dass ab etwa
30Hz die Phase des OPs bei -90° liegt.
Das ist die Tiefpasskarakteristik des OPs. Schließt du nun einen
Kondensator an, dann drehst du die Phase um weitere -90°.
Deine Gesamtphase ist dann bei 180° und du hast eine Verstärkung von 1
oder größer. Das bedeutet dein System schwingt.
Das gilt im Prinzip bei jedem OP.
Du musst also immer aufpassen ob deine Last am Ausgang von einem OP
kapazitiv ist.
Gruß, jens
Florian schrieb:> Aber warum fängt es denn an zu schwingen. Ich gebe auf den Eingang doch> nur ein Gleichsignal drauf.
Dein OPV ist aber nicht ideal, weswegen auch immer ein Rauschen
entsteht. Dieses Rauschen ist eben auch bei der Frequenz noch da, bei
der der OPV instabil wird und zu schwingen beginnt.
Warum schaltest du überhaupt einen Kondensator an den Ausgang?
Klaus Ra. schrieb:> Ausser bei einem LM8261.
Es gibt noch eine Reihe anderer OPVs, welche mit beliebigen Kapazitäten
arbeiten können. z.B. der LT1360 oder der OPA350 usw.
