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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik OP TLC3704 beeinflusst Spannungsversorgung


Autor: mh123 (Gast)
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Hallo!

Ich habe eine Schaltung mit Operationsverstärkern TLC3704, die als 
Komparatoren verwendet werden.

Nun ist mir aufgefallen, dass die OP-Schaltvorgänge die 
Spannungsversorgung (!) beeinflussen. Bei einigen Chips sind das nur 
einige Millivolt, bei anderen  sind das +/- 1 Volt (selbst von der 
gleichen Firma, TI, aber wahrscheinlich ein paar Jahre später 
produziert)! Da die OPs teilweise mit einigen kHz schalten, kommen da 
eine ganze Menge Störspitzen pro Sekunde zusammen. Die 
Spannungsversorgung deshalb nicht mehr zu gebrauchen.

Wie finde ich passende (baugleiche) Chips, die dieses Problem nicht 
haben? Hat diese Beeinflussung der Versorgungsspannung einen Namen, so 
dass ich den Wert in Datenblättern nachlesen kann? Habt Ihr andere 
Lösungsansätze?

Vielen Dank

Autor: ms (Gast)
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Hast du bypass Kondensatoren an den Versorgungspins angeschlossen?

Ist deine Quelle ziemlich hochohmig?

Autor: mh123 (Gast)
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Ich habe keine Bypass-Kondensatoren. Nimmt man die nicht, um die 
Spannungsversorung für das Bauteil zu glätten? Hier ist es ja genau 
umgedreht, dass das Bauteil auf die Spannungsversorgung zurückschlägt. 
Im Datenblatt sind auch keine vorgeschlagen. Aber Du hast recht, 
Kondensatoren müssten diesen Effekt verringern. Ich schau mal, ob ich 
passende in der Kiste habe. Nimmt man da auch die klassischen 100nF? 
(Leider ist die Platine schon produziert. Und vor einigen Jahren, ging 
ja mit alten Chips alles problemfrei.)

Ob die Quelle hochohmig ist, weiß ich jetzt nicht. Das dürfte auch egal 
sein, glaube ich. Die 2V-Spiten auf der Spannungsversorgung treten 
sowohl mit 2 verschiedenen Netzteilen als auch mit einem 12V-Akku auf.

Autor: mh123 (Gast)
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Ja, 0,1 µF verbessern die Situation ein wenig. Auf dem Oszi ist das Band 
nicht mehr 2 V breit, sondern nur noch 1 V. Trotzdem würde ich lieber 
Chips finden, die sich so respektvoll verhalten wie die alte Charge.

Autor: ms (Gast)
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Naja, ist die Quelle Hochohmig (was ich jetzt durch 12V Akku und 
Laborversorgung eigentlich ausschließen kann) dann bricht die 
Versorgungsspannung ein wenn der OP viel Strom zieht (eben im 
Schaltmoment), da dann der Strom auch durch den Innenwiderstand deiner 
Quelle fließt und dort eben den Spannungsabfall verursacht. Der Bypass 
Kondenstator liefert eben die Energie für die Schaltspitzen.

100nf einfach über die beinchen gelötet sollten reichen.

Trotzdem sind die von dir beschriebenen Effekte (einbruch von 2V) schon 
ziemlich krass.

Poste doch mal bitte nen Schaltplan. Danke

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


wenn du das Datenblatt von TI gelesen hättest, wäre dir klar warum das 
so ist. In Figur 25 z.B. steht C mindestens 10uF. Es gibt auch ein 
schönes Diagramm das die Stromspitzen beim Schalten zeigt.

Autor: mh123 (Gast)
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Danke für den Verweis auf die Anmerkung zu Abb. 25. Hatte ich übersehen. 
Ein größerer Kondensator hilft (ebenso wie der kleine) ein wenig.

Ich habe jetzt auf Lochraster einen einzigen Chip aufgelötet und einen 
Funktionsgenerator benutzt. Schaltplan hängt an.

Durch die Isolierung des Chips wurden die Störungen wurden ein wenig 
kleiner.
Durch die Kondensatoren sind die ganz großen Spitzen nun auch weg. Bei 
Schaltvorgängen werden aber trotzdem Spitzen von  +/-0,4 V in die 
Spannungsversorgung eingestreut.

@karadur: Ich habe Abb. 17 gesehen. Dort sind Stromspitzen von 10 mA 
angegeben. 10 mA lassen eine 12-V-Batterie aber doch nicht um 0,4 V 
einbrechen, oder?

Autor: A. K. (prx)
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mh123 schrieb:

> 10 mA lassen eine 12-V-Batterie aber doch nicht um 0,4 V
> einbrechen, oder?

Im Nanosekundenbereich schon, weil dann die Leitungsinduktivität 
dominiert. Ein Foto vom Aufbau und ein Screenshot von einem solchen 
Einbruch möglich?

Autor: HildeK (Gast)
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>Ein Foto vom Aufbau ...
inclusive Anklemmung des Tastkopfes!

Autor: mh123 (Gast)
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>>Ein Foto vom Aufbau ...
>inclusive Anklemmung des Tastkopfes!

Tadaa!

Jetzt bin ich aber mal gespannt, was Euch das sagt.

Autor: mh123 (Gast)
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Fürs Archiv meine offline gesammelten Erkenntnisse.

Zunächst die Korrekturen. Der TLC3704 ist natürlich kein OP, sondern ein 
reichner Comparator. In den Dateinamen hab ich mich natürlich vertiptt. 
Und ich habe vergessen zu sagen, dass unten das Eingangssignal und oben 
die Spannungsversorgung abgebildet ist.

Nun zur Ursache. Die Spitzen auf der Spannungsversorgung liegen daran, 
dass er einen Push-Pull-Ausgang hat, also je einen Transistor gegen VCC 
und einen gegen GND. Wenn diese für einen winzigen Augenblick 
gleichzeitig schalten ergibt sich eine Spitze. Daher wahrscheinlich auch 
das unterschiedliche Verhalten der verschiedenen Chargen.

Lösung war bei mir, dass ich die Schaltung ändern konnte und nun einen 
LM2901 verwende. Dieser schaltet nur gegen GND (-> keine Spitzen), 
verträgt aber nicht ganz so viel Strom.

Autor: A. K. (prx)
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Hab's erst jetzt gesehen.

Bauteile mit steilen Peaks sind ziemlich übliche Störquellen. Und wenn 
man dann noch sowohl Tastkopfspitze als auch -masse mit jeweils einem 
halben Meter Kabel versieht, dann kann es leicht passieren, dass eine 
kleine Oszillation eher von der Messanordnung selbst stammt.

Tastkopf immer dort dran was man messen will, ohne Kabel dazwischen. Das 
gilt auch für den Masseclip. Bei höheren Frequenzen als hier ist sogar 
der Masseclip selbst schon ein Problem.

Autor: mh123 (Gast)
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Ich finde die Messanordnung richtig. Es ging in meinem Problem ja nicht 
um die Spannungsversorgung des Chips, sondern um die Störungen, die 
dieser Chip über die Spannungsversorgung an anderen Bauteilen 
verursacht, ja sogar an anderen Geräten, wenn diese an der gleichen 
Versorgung hängen. Und die sind nun halt mal etwas entfernt. Mal ganz 
abgesehen davon sind die +/- 0,8 V genauso zu messen, wenn ich direkt am 
Baustein messe.

Autor: Peter Roth (gelb)
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> Ich finde die Messanordnung richtig. Es ging in meinem Problem ja nicht

Blödsinn: der Anschluss des Oszis passt nicht mal bei Gleichspannung, 
geschweige denn für irgendwelche Störungen. A. K. hat völlig recht.

Grüße, Peter.

Autor: mh123 (Gast)
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Okay, dann klärt mich doch mal bitte auf. Ich messe mit dem Oszi 
ungefähr dort wo die Störung stört. (Ja, das ist nicht genau dort, wo 
sie erzeugt wird). Was ist daran falsch?

Autor: Peter Roth (gelb)
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Jedes Stück Leitung ist eine Induktivität, an der bei Stromänderungen 
Spannung abfällt. Es sind bei dir mindestens 2x 10 cm Leitung auf dem 
Weg Richtung Versorgung, wo das Oszi angeklemmt ist. Die Spannung dort 
sagt nichts über die Verhältnisse auf der Platine, da durch die 
Induktivität die Amplitude stark verändert wird.

Also: Versorgungsspannung an einen Kondensator direkt an der Schaltung 
führen (100nF). Von diesem Kondensator weg die Schaltung versorgen. Dort 
messen, also die Oszi-Strippen direkt hin zum IC oder zum Kondensator.

Dann fallen die Leitungsinduktivitäten kaum noch ins Gewicht.

Der 100nF-Kondensator ist ein Puffer, der kurzfristig Strom liefert, 
welcher vom Netzteil wegen der Leitungsinduktivitäten nicht so schnell 
kommen kann.
Den brauchst du immer.

OK?

Grüße, Peter

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ich habe keine Bypass-Kondensatoren. Nimmt man die nicht, um die
> Spannungsversorung für das Bauteil zu glätten?
Man nimmt sie immer, und im Schaltbetrieb gehört aufgrund des höheren 
Strombedarfs zusätzlich noch ein größerer Kondensator als Puffer dran. 
Die Entstörung/Pufferung wirkt immer in beide Richtungen.

> Ob die Quelle hochohmig ist, weiß ich jetzt nicht.
Für hochfrequente Schaltvorgänge ist die Spannungsquelle aufgrund der 
Leitungsinduktivität immer hochohmig. Die Kondensatoren können schnell 
hohe Ströme abgeben und wirken insofern als ortsnahe niederohmige 
Spannungsquellen für HF.

> (Leider ist die Platine schon produziert. Und vor einigen Jahren, ging
> ja mit alten Chips alles problemfrei.)
Es gibt inzwischen 10uF/0805 bei Farnell. Sie sind allerdings etwas 
teurer als 100nF, müßten aber ins Layout passen.



Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ich finde die Messanordnung richtig.
Willst Du nun den Fehler finden, oder neue Fehlerquellen einbauen?

Der Masseanschluß des Tastkopfes gehört immer direkt auf der Platine 
angeschlossen - so nah an den Sensor, wie es eben geht. Wenn Du das 
nicht weißt, dann merk es Dir einfach jetzt und freu Dich, daß jemand so 
freundlich war, Dich darauf aufmerksam zu machen.


Gruß,
 Michael

Autor: mh123 (Gast)
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Ihr habt recht. Ich hab jetzt mit der aktuellen Messanordnung getestet 
(100nF Keramik und 22µF parallel direkt am Baustein, 12V-Batterie). Die 
Ausschläge unterscheiden sich wirklich um mehr als ein halbes Volt 
abhängig davon, wo ich messe. An Batterie und am IC sind die Ausschläge 
am kleinsten. In der Mitte der Leitung am größten (also genau dort, wo 
sich die Probleme bemerkbar machen). Die Elektronen kommen halt doch 
nicht so schnell durch die Leitung. Sicherlich könnte man jetzt an jeden 
Verbraucher im gesamten System einen Kondensator schalten. Aber eine 
lokale Lösung wäre mir lieber. Die habe ich - wie gesagt - schon, indem 
ich einen LM2901 verwende.

Danke. Man lernt nie aus.

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