Hi Leute!
Ich suche einen einfachen OP für Spannungen bis 30V. Da bin ich auf den
LM321 gestoßen. Dieser kann laut Beschreibung auf der Homepage von TI
auch große kapazitive Lasten treiben. Problem ist nur: Wie hoch? Ich
finde dazu im Datenblatt nichts. Generell habe ich jetzt schon mehrere
Datenblätter von TI gefunden, in denen mehr Seiten zur Verpackung als zu
den technischen Daten stehen.
Ist diese Angabe irgendwo in einer anderen versteckt, oder steht sie
schlichtweg nicht drin?
Ich möchte gerne eine kapazitive Last von ca. 2uF treiben können, besser
mehr. Eine Entkopplung mittels Widerstand kommt nicht in Frage, da der
OP einen Sensor speisen soll, welcher seine Ausgangsspannung
ratiometrisch zur Eingangsspannung ausgibt - ein Widerstand in der
Zuleitung würde einen stromabhängigen Spannungsabfall verursachen.
Was kann ich also nun an Kapazität da dran hängen?
Hans schrieb:> Hi Leute!>> Ich suche einen einfachen OP für Spannungen bis 30V. Da bin ich auf den> LM321 gestoßen. Dieser kann laut Beschreibung auf der Homepage von TI> auch große kapazitive Lasten treiben. Problem ist nur: Wie hoch? Ich> finde dazu im Datenblatt nichts. Generell habe ich jetzt schon mehrere> Datenblätter von TI gefunden, in denen mehr Seiten zur Verpackung als zu> den technischen Daten stehen.>> Ist diese Angabe irgendwo in einer anderen versteckt, oder steht sie> schlichtweg nicht drin?>> Ich möchte gerne eine kapazitive Last von ca. 2uF treiben können, besser> mehr. Eine Entkopplung mittels Widerstand kommt nicht in Frage, da der> OP einen Sensor speisen soll, welcher seine Ausgangsspannung> ratiometrisch zur Eingangsspannung ausgibt - ein Widerstand in der> Zuleitung würde einen stromabhängigen Spannungsabfall verursachen.>> Was kann ich also nun an Kapazität da dran hängen?
Im Datenblatt von TI (hier auf der Seite verlinkt) unter 'maximum
Ratings' steht, dass der Ausgang dauerkurzschlussfest ist (schon 'mal
gut bei kapazitiver Last).
Ausserdem ist dort unter 'electrical characteristics' der maximale
Ausgangsstrom angegeben. Daraus solltest Du Deine Schlüsse ziehen
können.
Zum Thema Widerstand in Reihe: kommt darauf an, an welcher Stelle Du
Deine Rückkopplung abzweigst.
mse2 schrieb:> Im Datenblatt von TI (hier auf der Seite verlinkt) unter 'maximum> Ratings' steht, dass der Ausgang dauerkurzschlussfest ist (schon 'mal> gut bei kapazitiver Last).> Ausserdem ist dort unter 'electrical characteristics' der maximale> Ausgangsstrom angegeben. Daraus solltest Du Deine Schlüsse ziehen> können.
Hi mse2!
Danke schonmal für die Antwort! Tut mir Leid, aber da kann zumindest ich
mir keine Schlüsse draus ziehen - was bedeutet das denn? Kann ich daraus
jetzt einen ungefähren Wert ermitteln? Oder theoretisch endlos?
mse2 schrieb:> Zum Thema Widerstand in Reihe: kommt darauf an, an welcher Stelle Du> Deine Rückkopplung abzweigst.
Da hast du natürlich Recht. Also erst hinterm Widerstand zurückführen,
klar, macht Sinn. In welcher Größenordnung entkoppelt der Widerstand
denn die kapazitive Last? 10R, 100R, 1k?
Gruß und danke
Hans schrieb:> Ist diese Angabe irgendwo in einer anderen versteckt, oder steht sie> schlichtweg nicht drin?
Steht nicht drin, weil die von den Betriebsbedingungen, insbesondere von
der eingestellten Verstärkung und dem zulässigen Überschwingen, abhängt.
Ganz schlecht sind kleine Verstärkungen, bei V=+1 oder -1 verträgt er
auch nur etwa 100pF, bei hohen Verstärkungen vielleicht 10nF...100nF.
Ein anderer Typ, der große kapazitive Lasten verträgt ist der MC34071,
da steht mehr im DB.
> Ich möchte gerne eine kapazitive Last von ca. 2uF treiben können, besser> mehr.
Da wirst du bei OPVs wohl kein Glück haben. Nimm einen Spannungsregler,
die sind gemacht solche Lasten zu treiben.
> Hi mse2!>> Danke schonmal für die Antwort! Tut mir Leid, aber da kann zumindest ich> mir keine Schlüsse draus ziehen - was bedeutet das denn? Kann ich daraus> jetzt einen ungefähren Wert ermitteln? Oder theoretisch endlos?>> mse2 schrieb:>> Zum Thema Widerstand in Reihe: kommt darauf an, an welcher Stelle Du>> Deine Rückkopplung abzweigst.>> Da hast du natürlich Recht. Also erst hinterm Widerstand zurückführen,> klar, macht Sinn. In welcher Größenordnung entkoppelt der Widerstand> denn die kapazitive Last? 10R, 100R, 1k?>> Gruß und danke
Ich kenne weder Deine Schaltung noch die Anforderungen.
Kurzschlussfest -> Du bekommst den OP nicht kaputt, egal wie groß das C
ist.
Maximaler Ausgangsstrom -> Du kannst berechnen, wie schnell die Spannung
am C maximal dem Sollwert folgen kann, wenn Du den maximal möglichen
Ladestrom kennst.
Sprich: du kannst theoretisch beliebig große Cs anhängen, die Frage ist
nur, wie sich dabei das Zeitverhalten ändert.
An Deiner Stelle würde ich die Sach 'mal mit z.B. LTSpice simulieren.
Das Spice-Model für diesen Baustein findet man auf der TI-Homepage:
http://www.ti.com/product/lm321
>Also erst hinterm Widerstand zurückführen, klar, macht Sinn. In welcher >Größenordnung entkoppelt der Widerstand denn die kapazitive Last? 10R,>100R, 1k?
So wird das nichts. Zeige uns deinen Schaltplan, dann können wir
weitersehen. Die genauen Werte wird man schon berechnen, bzw. simulieren
müssen.
OK!
Also dann muss ich kurz weiter ausholen. Ich benötige im Endeffekt einen
Doppel-OP, von denen einer mit Signalen bis 30V umgehen muss und der
andere ist für die Beschaltung wie im Anhang gedacht. Die
"Hochspannungsseite" ist nicht das Problem, sondern die mit der kleinen
Spannung.
Aus nem uC kommen 2,5V Referenzspannung. Diese ist mit 0,5mA belastbar,
also fast nichts. Ich möchte jedoch einen Sensor betreiben, welcher 5V
benötigt. Meine Betriebsspannung für das ganze System ist 3,3V. Wenn der
OP also an der Eingangsspannung von den 30V hängt, dann kann er mir
theoretisch aus den 2,5V auch 5V machen, ohne dass ich eine extra
Referenzspannungsquelle hernehmen muss, die zudem auch noch mit den 30V
am Eingang klarkommen muss.
Der Sensor zieht zudem ca. 2-3mA, hat aber eine eigene Schaltung drauf,
die mit ca. 2uF daherkommt.
Der OP muss also nun den Sensor treiben können und mit der Last
klarkommen.
>...von denen einer mit Signalen bis 30V umgehen muss...
Mit Spannungsteiler heruntergeteilt?
Wie hoch ist denn die Versorgungsspannung deines Doppel-OPamp?
>Der OP muss also nun den Sensor treiben können und mit der Last>klarkommen.
Ein simpler Serienwiderstand sollte das Problem lösen. Vielleicht noch
mit einer Z-Diode zum Schutz gegen Überspannung.
Udo Schmitt schrieb:> Wenn der Sensor ratiometrisch misst, dann ist ihm die genaue> Eingangsspannung egal, eben weil er ratiometrisch misst.
Das ist klar, aber ich habe 30V Versorgung und dann 3,3V im System. Das
wars. Der OP hängt an den 30V ( OK, 24V bis 30V, Dioden sind auch noch
davor - aber ist ja egal - die Spannung ist recht hoch). Jetzt kommt aus
dem ADC halt ne 2,5V Referenz. Da der Sensor nunmal 5V braucht, dachte
ich, ich mache aus 2,5V 5V.
Kai Klaas schrieb:> Mit Spannungsteiler heruntergeteilt?
? Er muss nicht bis an die Rails messen, falls du darauf hinaus willst.
Er muss aber halt jenseits von 3,3V oder 5V oder ähnlichem arbeiten -
die eine Hälfte zumindest.
Kai Klaas schrieb:> Vielleicht noch> mit einer Z-Diode zum Schutz gegen Überspannung.
Das kam mir auch in den Sinn für den Einschaltmoment des uC, wo der Pin
noch nicht als Referenz definiert ist, sondern als hochohmiger Eingang -
da müsste aber doch auch ein Widerstand vom OP-Eingang nach Masse
reichen.
>da müsste aber doch auch ein Widerstand vom OP-Eingang nach Masse>reichen.
Der sollte auf jeden Fall hin. Zusätzlich würde ich noch mit einer 5,1V
Z-Diode am Ausgang des LM321 begrenzen. Die Schaltung sollte
funktionieren, wenn du 33R in Serie zum Ausgang schaltest und R401 einen
10n Cap parallelschaltest. Den 33R Widerstand eher größer als kleiner
wählen. Wieviel Versorgungsspannung verträgt denn dein Sensor?
Vieleicht nennt Hans einfach mal den genauen Typ des Sensors oder postet
ein Link aufs Datenblatt. dann kann man ihm am allerbesten helfen.
ggf. reicht nämlich ein einfacher Festspannungsregler a la 78L05.
Udo Schmitt schrieb:> Vieleicht nennt Hans einfach mal den genauen Typ des Sensors oder> postet> ein Link aufs Datenblatt. dann kann man ihm am allerbesten helfen.> ggf. reicht nämlich ein einfacher Festspannungsregler a la 78L05.
Er möchte, dass die Sensorversorgungsspannung genau das Doppelter der
Referenzspannung ist, die vom (vermutlich) µC geliefert wird.
Aber in der Tat: könnte nicht die Sensorversorgung vom einem 78L05
erzeugt werden und daraus dann per hinreichend niederohmigem
Spannungsteiler die Referenz für den ADC(?) des µC?
Sicher kann man doch hier auch eine externe Referenzquelle
anschliessen?!?
Hans schrieb:> ...> Aus nem uC kommen 2,5V Referenzspannung. Diese ist mit 0,5mA belastbar,> ...> OP also an der Eingangsspannung von den 30V hängt, dann kann er mir> theoretisch aus den 2,5V auch 5V machen, ...
Ich finde die Idee übrigens raffiniert! Aber wie schon gesagt: ich täte
es 'mal mit LTSpice simulieren!
Hans schrieb:> Dieser kann laut Beschreibung auf der Homepage von TI> auch große kapazitive Lasten treiben. Problem ist nur: Wie hoch? Ich> finde dazu im Datenblatt nichts. Generell habe ich jetzt schon mehrere> Datenblätter von TI gefunden, in denen mehr Seiten zur Verpackung als zu> den technischen Daten stehen.
Aus den Application Hints (S. 6 des Datenblatts, ungefähr Mitte der
Seite)
"Capacitive loads which are applied directly to the output of the
amplifier reduce the loop stability margin. Values
of 50pF can be accommodated using the worst-case non-inverting unity
gain connection. Large closed loop
gains or resistive isolation should be used if large load capacitance
must be driven by the amplifier."
Ist natürlich weit weg von deinen 2µF. Als Isolationswiderstand wird
wahrscheinlich irgendwas zwischen 10Ohm und 100Ohm ok sein. Damit
bleiben aber schon diverse 10mV bis einige 100mV an diesem Widerstand
hängen.
Man kann den Isolationswiderstand so anschließen, das
Gleichspannungsmäßige Rückkopplung hinter dem Widerstand zur Isolation
gemacht wird, und nur die schnelle Rückkopplung vor dem Widerstand. Ob
dann die 2 µF ausreichen ist die Frage - es gibt dann halt eine höhere
Impedanz bei mittleren Frequenzen.
Für einen stabilen Ausgang wäre sonst so etwas wie der Spannungsregler
LM3080 hinter einem OP ein Möglichkeit. Der ist als Spannungsfolger für
Kapazitive Last gemacht.
Die Doppel OP Version vom LM321 ist der LM358. Ob der wirklich genau
genug ist muss man sehen.
Nachteilig an der 5V-Erzeugung mit dem OPamp ist die starke
Verlustleistung im OPamp, wenn im Kabel zum Sensor ein Kurzschluß
passiert. Bei 30V Versorgungsspannung dürfte das den OPamp gewaltig
aufheizen und wohl auch zerstören. Es müßte also in jedem Fall noch eine
Strombegrenzung eingefügt werden, womit die Lösung mit dem 33R
Widerstand wohl ausscheidet.
Macht man den Isolationswiderstand deutlich größer und packt ihn mit in
die Gegenkopplung, neigt die Schaltung zu starkem Ringing, ist also weit
entfernt von einer guten Spannungsregelung.
Damit scheidet die Verwendung des LM321 als Spannungsregler wohl eher
aus.
