Hallo,
ich habe eine Frage zur Widerstandsdimensionierung: Habe einen
Differenzverstärker und invertierenden Verstärker als Regler.
Für den Differenzverstärker hab ich alle Widerstände gleich gewählt mit
1kOhm.
Inv. Verstärker hat 10kOhm Eingangs- und 33kOhm Rückkopplungswiderstand.
Meine Schaltung funktioniert auch soweit. Ich habe aber mal gehört, dass
man sehr hochohmige Widerstände (>10kOhm) nehmen soll. Was könnte denn
der Grund sein oder ist das Unsinn einfach?
Laut Formel für den Differenzverstärker ist es ja egal. Habe versucht,
ob ich irgendwo was in Fachbüchern erwähnt finde.
OP-Newbie schrieb:> Was könnte denn der Grund sein oder ist das Unsinn einfach?
Niederohmige Widerstände belasten den Ausgang bzw. machen den Eingang
niederohmig, hochohmige Widerstände bringen Rauschen und Emofindlichkeit
gegen Storungen ins System.
Der Kompromiss lautete bei THT meist 10k Quellimpedanz, bei SMD meist
100k Quellimpedanz weil kleiner sich weniger Störungen einfängt und R2R
lieber weniger Strom treibt. Ausnahmen wenn es schnell gehen soll
(current feedback).
OP-Newbie schrieb:> Meine Schaltung funktioniert auch soweit. Ich habe aber mal gehört, dass> man sehr hochohmige Widerstände (>10kOhm) nehmen soll. Was könnte denn> der Grund sein oder ist das Unsinn einfach?
Bei 1kOhm und mehreren V Hub ergeben sich schon mehrere mA als Strom.
Den Ausgang eines OPamp sollte man aber nur mit wenigen mA belasten,
sonst schafft er nur einen kleineren Spannungshub am Ausgang durch
Übersteuerung bzw. Überlastung.
Man sollte eigentlich im Arbeitsbereich das mA nicht überschreiten.
Bei 1kOhm kann an einem der Widerstände 12mA bei 12V entstehen. Das sind
144mW. Da wird der Widerstand so heiß, dass er seinen Wert ändert oder
in einer kleinen Baugröße sogar überlastet wird.
OP-Newbie schrieb:> Ich habe aber mal gehört, dass> man sehr hochohmige Widerstände (>10kOhm) nehmen soll.
Die Grenze nach oben wird (neben dem bereits genannten) auch dadurch
bestimmt, wie groß der Fehler durch den Bias- und Offsetstrom der
Eingänge sein darf.
Die Hersteller von OPV veröffentlichen nicht nur Datenblätter
sondern auch Schaltungsbeispiele.
Die solltest du aufmerksam studieren.
Das würde solche peinlich dummen Fragen hier ersparen.
OP-Newbie schrieb:> Habe versucht, ob ich irgendwo was in Fachbüchern erwähnt finde.
Und, was ist dabei herausgekommen?
Leckströme oder generell Eingangsströme wurden da sicher auch erwähnt.
Oder die Innenschaltung solcher OP gezeigt. Mein Tipp: sieh dir einfach
jeden Parameter im Datenblatt einmal an. Mach dich schlau, was er
bedeutet und überlege dir, welche Auswirkungen er auf deine Schaltung
haben kann.
O.M.G. schrieb:> Das würde solche peinlich dummen Fragen hier ersparen.
Das sind keine peinlich dummen Fragen - nur eine saublöde Antwort.
Lothars Antwort geht dagegen in die richtige Richtung, obwohl sie sicher
anders ausfällt, als vom TO erwartet.
Solche Dinge wie Bias-, Offset- und Eingangsrausch-Ströme begrenzen die
an den Eingängen hängenden Widerstände nach oben, verursachen sie doch
einen Spannungsabfall (nach U = R x I), der sich dann als
Eingangsspannung / Eingangs-Rauschspannung bemerkbar macht.
Auch verursachen v.A. hochohmige Widerstände Rauschen (Ur =
sqrt(4kTBR)), oder bilden mit parasitären Kapazitäten ungewollte
RC-Glieder.
Leider muss man diese "Dreckseffekte" in jedem Einzelfall und je nach
Anforderung neu bewerten.
Neben den bisher genannten Argumenten (Rauschen, max. Strom,
Bias-Einfluss) darf man nicht vergessen, dass die bekannten
(vereinfachten) Formeln für die Verstärkung nur gelten unter der
Voraussetzung, dass die Eingangs- bzw. Ausgangswiderstände des
unbeschalteten OPV IDEAL sind.
Darum gilt auch die allgemeine Faustregel, dass die Widerstände der
Gegenkopplung nach Möglichkeit
* klein gegen den Eingangswiderstand, und andererseits
* groß gegen den Ausgangswiderstand des OPV
sein sollten.
Daraus resultiert der Vorzugsbereich von etwa 1kOhm....100kOhm (maximal)
Lutz V. schrieb:> Neben den bisher genannten Argumenten (Rauschen, max. Strom,> Bias-Einfluss) darf man nicht vergessen, dass die bekannten> (vereinfachten) Formeln für die Verstärkung nur gelten unter der> Voraussetzung, dass die Eingangs- bzw. Ausgangswiderstände des> unbeschalteten OPV IDEAL sind.
... und die Leerlaufverstärkung hinreichend groß, und ebenso das
Gain/Bandbreite-Produkt, und und und ...
Bei einem IDEALEN OP-AMP - den es nicht gibt - wäre all dies der Fall.
In der Praxis gibt es aber nur HINREICHEND IDEALE OP-AMPs. Der "Trick"
dabei ist, zu entscheiden, wann dies der Fall ist und wann nicht. Oder
man plant die Nicht-Idealität in der Dimensionierung mit ein ...
> Darum gilt auch die allgemeine Faustregel, dass die Widerstände der> Gegenkopplung nach Möglichkeit> * klein gegen den Eingangswiderstand, und andererseits> * groß gegen den Ausgangswiderstand des OPV> sein sollten.>> Daraus resultiert der Vorzugsbereich von etwa 1kOhm....100kOhm (maximal)
In der Praxis kann man tatsächlich so vorgehen, sollte dann aber immer
untersuchen, ob im speziellen Fall eine hinreichende Idealität gegeben
ist.
Oft kann man eine hinreichende Idealität erzwingen, indem man eine
Schaltung in mehrere Blöcke aufteilt - z.B. einen x 10^6 Verstärker in
zwei Verstärkerstufen je x 10^3.
Bei Filtern kann man durch entsprechende Topologie die Empfindlichkeit
auf Bauteil-Toleranzen minimieren, muss u.U. auch den Phasen- und
Frequenzgang der verwendeten OP-AMPs berücksichtigen.
Mit den von Lutz V vorgeschlagenen 1kOhm....100kOhm liegt man in nicht
zu speziellen Fällen nie ganz daneben.
Jester schrieb:> Der "Trick"> dabei ist, zu entscheiden, wann dies der Fall ist und wann nicht. Oder> man plant die Nicht-Idealität in der Dimensionierung mit ein ...>
Ja - ich würde noch nicht einmal von einem "Trick" sprechen. Das ist
nämlich eine ganz wichtige Anforderung an einen guten Ingenieur -
nämlich im Einzelfall (bestimmt durch das Anforderungsprofil der
Aufgabe) zu entscheiden, welche der immer existierenden Vereinfachungen
bzw. Vernachlässigungen nun erlaubt/angemessen sind oder nicht.
>> Bei Filtern kann man durch entsprechende Topologie die Empfindlichkeit> auf Bauteil-Toleranzen minimieren, muss u.U. auch den Phasen- und> Frequenzgang der verwendeten OP-AMPs berücksichtigen.
Ja - auch gibt es so einen Kompromiss: Strukturen mit kleiner
Empfindlichkeit auf die Toleranzen passiver Elemente haben dann leider
eine größere Empfindlichkeit bezüglich der Nicht-Idealitäten des aktiven
Elements (OPV oder Transistor - und umgekehrt !!
Jester schrieb:> Das sind keine peinlich dummen Fragen - nur eine saublöde Antwort.
Naja, es sind eben Anfängerfragen. Und die meisten, die derart fragen,
basteln zunächst mit den billigsten OpV von Pollin oder Reichelt und
haben damit das Problem, daß sie erstmal verstehen müssen, daß die
Bias-Ströme bei billigen OpV oftmals nicht nur recht groß sind, sondern
auch von Chip zu Chip recht unterschiedlich sein können. Eben
Ausmeßtypen. Dafür sind sie billig und wenn man beim Bastel einen kaputt
macht, dann ist das kein Weltuntergang.
Alle anderen, die schon jahrelange Erfahrungen haben, dimensionieren die
Widerstände nach Gefühl und nach sinnvollen Kombinationen von
E-Reihen-Werten. Da ist auch ein Kritikpunkt meinerseits an
Datenblättern, wo man öfter die Kombination aus eben gerade errechneten
Werten sieht (so, wie das grad aus dem Taschenrechner kommt), ohne
Rücksicht auf technische Realisierbarkeit. Insofern ist auch eine
gewisse Skepsis gegenüber Beispielschaltungen in Datenblättern angesagt.
Im Grunde kommt es drauf an, praktisch zu arbeiten und dabei sowohl sein
Wissen als auch sein 'Gefühl für die Sache' zu entwickeln. Peinlich ist
sowas nur dann, wenn es keine Anfängerfrage ist, sondern von jemandem
kommt, der schon jahrelang in der Branche tätig ist.
W.S.
Noch ein Punkt: die OPV-Eingangskapazität bildet mit dem
Widerstandsnetzwerk ein RC-Verhalten, welches dem OPV bei größeren
Widerständen ein Hochpaßverhalten gibt, bzw. Peaking/Klingeln im
Frequenz-/Antwortverhalten verursacht, und im schlimmsten Falle
Schwingneigung. In Zusammenhang mit den oben bereits genannten Effekten
gilt es also, seinen goldenen Mittelweg zu finden. Werte um/über 100k
sind also eher zu vermeiden, 10k...47k dürfte für 0815-Anwendungen ein
guter Kompromiss sein, und 1k ist idR. sinnlos niedrig, es sei denn, das
Ding soll HF-tauglich sein.
Lutz V. schrieb:> Du meinst wirklich "Hochpass-Verhalten"? Oder hast Du Dich> verschrieben?
Ja, Hochpaß. Wobei das kein klassisches Hochpaßverhalten ist mit einer
einfachen Grenzfrequenz (also konstante Verstärkung oberhalb dieser
Frequenz), sondern eben dieses Peaking/Klingeln bei höheren Frequenzen.
Das ist wie bei einem TIA (Transimpedanz Amp), der nicht kompensiert
wurde (https://en.wikipedia.org/wiki/Transimpedance_amplifier , Bild 4)
Das ist übrigens auch der Grund, warum in Datenblättern hochfrequenter
OPV darauf hingewiesen wird, auf dem PCB im Bereich des inv. Eingangs
die Massefläche (wenn doppelseitiges PCB) freizulassen, um die
parasitären Kapazitäten dort möglichst klein zu halten), und die
Widerstände nicht zu hochohmig zu machen.
Lutz V. schrieb:> Du meinst wirklich "Hochpass-Verhalten"? Oder hast Du Dich verschrieben?
Mit einem Tiefpass würdest du nicht zu einer so geringen Phasenreserve
und gleichzeitig hoher Verstärkung kommen, dass der Op-Amp zu schwingen
anfängt.
Deshalb ist bei einigen Op-Amps auch angegeben, bei welcher Verstärkung
er stabil arbeitet.
Jens G. schrieb:> Lutz V. schrieb:>> Du meinst wirklich "Hochpass-Verhalten"? Oder hast Du Dich>> verschrieben?>> Ja, Hochpaß. Wobei das kein klassisches Hochpaßverhalten ist mit einer> einfachen Grenzfrequenz (also konstante Verstärkung oberhalb dieser> Frequenz), sondern eben dieses Peaking/Klingeln bei höheren Frequenzen.>
Na ja - das mit dem "Klingeln" versteht niemand, ist aber auch egal,
denn Du bist voll im Irrtum (das sind eigentlich Grundlagen):
Die Eingangskapazität Cin schließt natürlich bei wachsender Frequenz
mehr und mehr das Eingangssignal kurz, wobei wir - zusammen mit dem
R-Netzwerk, über welches das Signal eingekoppelt wird, den klassischen
RC-Tiefpass haben.
Gerade DESHALB wird ja dadurch die Schwingreserve verschlechtert, weil
jeder zusätzliche Tiefpass in der Schleife die Phase noch weiter ins
negative schiebt.
Und das kann dann zum "peaking" des Amplitudengangs führen.
Das ist ein allseits bekannter Effekt, der durch einen kleinen
Kondensator parallel zum Rückkopplungswiderstand kompensiert/vermindert
werden kann.
Lutz V. schrieb:> Na ja - das mit dem "Klingeln" versteht niemand, ist aber auch egal,> denn Du bist voll im Irrtum (das sind eigentlich Grundlagen):
Wenn Du das nicht verstehst, dann ist das Dein Problem. Im Englischen
heißt das Ringing oder eben Peaking.
> Die Eingangskapazität Cin schließt natürlich bei wachsender Frequenz> mehr und mehr das Eingangssignal kurz, wobei wir - zusammen mit dem> R-Netzwerk, über welches das Signal eingekoppelt wird, den klassischen> RC-Tiefpass haben.
Davon rede ich nicht ...
> Gerade DESHALB wird ja dadurch die Schwingreserve verschlechtert, weil> jeder zusätzliche Tiefpass in der Schleife die Phase noch weiter ins> negative schiebt.> Und das kann dann zum "peaking" des Amplitudengangs führen.
Was glaubst Du, wovon ich geschrieben habe ...
> Das ist ein allseits bekannter Effekt, der durch einen kleinen> Kondensator parallel zum Rückkopplungswiderstand kompensiert/vermindert> werden kann.
Guck an ...
Gibt's einen Grund, warum Du meinst, ich sei im Irrtum, obwohl Du
letztlich nur dasselbe in anderen Worten wiederholst? Damit bist Du ja
jetzt auch im Irrtum ...
Jens G. schrieb:> Lutz V. schrieb:>> Na ja - das mit dem "Klingeln" versteht niemand, ist aber auch egal,>> denn Du bist voll im Irrtum (das sind eigentlich Grundlagen):>> Wenn Du das nicht verstehst, dann ist das Dein Problem. Im Englischen> heißt das Ringing oder eben Peaking.
Lieber Jens - in diesem Ton diskutier ich hier nur sehr ungern mit Dir.
Trotzdem will ich versuchen, Dich aufzuklären.
Du weißt scheinbar gar nicht, was die Begriffe "ringing" bzw. "peaking "
im technischen Sinne bedeuten.
Und durch eine Hochpasswirkung werden diese Effekte schon mal gar nicht
ausgelöst - ganz im Gegenteil! Sie werden abgebaut.
Also liegst Du doppelt falsch.
Das ist eigentlich ja kein Problem, wenn man sich mal täuscht.
Ich finde es nur komisch, dass manche - anstatt einen Fehler zuzugeben -
gleich aggressiv werden müssen. Das erlebe ich leider nicht zum ersten
Mal.
>>> Die Eingangskapazität Cin schließt natürlich bei wachsender Frequenz>> mehr und mehr das Eingangssignal kurz, wobei wir - zusammen mit dem>> R-Netzwerk, über welches das Signal eingekoppelt wird, den klassischen>> RC-Tiefpass haben.>> Davon rede ich nicht ...> Was glaubst Du, wovon ich geschrieben habe ...
Aha - wovon denn, hab ich was übersehen?
Du schreibst im ersten Beitrag, dass die Eingangskapazität ein
Hochpass-Verhalten verursachen würde.
Und das ist falsch!
Die störende Eingangskapazität Cin liegt (beim Inverter) zwischen neg.
Eingangspin und Masse.
Hast Du schon mal einen Hochpass mit C gegen Masse gesehen?
Lutz V. schrieb:> Lieber Jens - in diesem Ton diskutier ich hier nur sehr ungern mit Dir.> ...> Und durch eine Hochpasswirkung werden diese Effekte schon mal gar nicht> ausgelöst - ganz im Gegenteil! Sie werden abgebaut.> Also liegst Du doppelt falsch.
Lern' erstmal lesen, bevor Du einen anmachst. Ich habe nicht
geschrieben, daß dies durch eine Hochpaßwirkung entsteht, sondern man
ein Hochpaßverhalten erhält.
> Du schreibst im ersten Beitrag, dass die Eingangskapazität ein> Hochpass-Verhalten verursachen würde.> Und das ist falsch!> Die störende Eingangskapazität Cin liegt (beim Inverter) zwischen neg.> Eingangspin und Masse.> Hast Du schon mal einen Hochpass mit C gegen Masse gesehen?
Wie schon geschrieben - lern' erstmal lesen, und möglichst auch das
Gelesene zu verstehen ... ich habe nie geschrieben, daß der C gegen
Masse mit den Widerständen einen Hochpaß bilden würde, sondern durch den
sich mit höherer Frequenz erhöhenden Verstärkungsfaktor ein
Hochpaßverhalten der Gesamtschaltung ergibt (solange das GBW des OPV das
mitmacht).
Jens G. schrieb:
> lern' erstmal lesen, und möglichst auch das Gelesene zu verstehen
......
> ....ich habe nie geschrieben, daß der C gegen> Masse mit den Widerständen einen Hochpaß bilden würde,
Na, dann lies Deine eigene Aussage noch mal (unten).
Wie ich schon bemerkt habe: Polemik und Aggressivität statt Einsicht.
Solche Leute braucht die Industrie.....
Statt einer Antwort zitiere ich Dich einfach noch einmal;
Jens G. schrieb:> Noch ein Punkt: die OPV-Eingangskapazität bildet mit dem> Widerstandsnetzwerk ein RC-Verhalten, welches dem OPV bei größeren> Widerständen ein Hochpaßverhalten gibt, bzw. Peaking/Klingeln im> Frequenz-/Antwortverhalten verursacht....
Wie gesagt - Doppelfehler.
1) Eingangskapazität macht immer Tiefpass-Verhalten.
2) Hochpass-Verhalten verursacht nie "peaking".
(Wenn ich unhöflich wäre, würde ich sagen: Keine Ahnung, aber rumpöbeln.
Vielleich gerade deswegen? Aber ich sage es ja nicht als höflicher
Mensch...)
Lutz V. schrieb:> Wie gesagt - Doppelfehler.> 1) Eingangskapazität macht immer Tiefpass-Verhalten.> 2) Hochpass-Verhalten verursacht nie "peaking".
Wie schon gesagt - Du hast es immer noch nicht begriffen.
Ach ja, wenn Du meinst, Dich wegen meinem Ton beschweren zu müssen -
wenn Du meinst, durch spitzfindige Auslegung des Gesagten, durch bewußte
Fehlinterpretation des Gesagten Irrtum und Unwissen unterstellen zu
müssen, und dabei auch noch eine gewisse Höhe darstellen willst, mußt Du
Dich nicht wundern, wenn die Reaktion entsprechend ist.
Eigentlich hat vermutlich jeder (außer Dir) begriffen, was ich mit
meinem Einwurf anfangs sagen wollte, und habe das auch noch für Dich mit
einer entsprechenden Referenz versucht, verständlicher zu machen, was
ich meinte. Aber manche wollen es eben nicht begreifen ...
