Hallo!
Ich habe eine Schaltung entworfen, die ein kleines Signal mit einem
Instrumentenverstärker verstärken soll. Da mir aber nur eine
Spannungsversorgung von 3,3 V zur Verfügung steht, ziehe ich den
Referenzeingang des Instrumentenverstärkers auf die Hälfte der
Betriebsspannung.
Zur Erzeugung dieser Referenzspannung (U_B / 2) benutze ich eine ganz
einfache Operationsverstärkerschaltung mit dem OPA333 von TI (siehe
Anhang).
Das Problem ist aber nun, dass die Spannung am OPV-Ausgang schwingt.
Eine Suche in diesem Forum hat ergeben, dass kapazitive Lasten für OPVs
in der Regel tödlich sind.
Ich verwende allerdings eine relativ hohe kapazitive Last, um die
Referenzspannung etwas zu glätten.
Nun bin ich schon hingegangen und habe den großen Elko (C5: 4,7 µF)
abgeklemmt, so dass nur noch 100 nF bleiben. Zudem habe ich direkt an
den Ausgang einen 50 Ohm Widerstand eingelötet. Die Verbindung zum
invertierenden Eingang besteht erst hinter dem Widerstand.
Auch das hilft nicht.
Erst wenn ich komplett den Kondensator C4 wegnehme, ist die Spannung
stabil.
Nun meine Fragen:
Brauche ich überhaupt eine Glättung der Referenzspannung hinten oder ist
das evtl. sogar unnötig, da meine Versorgungsspannung bereits geglättet
ist und die Spannung am nichtinvertierenden Eingang über C12 ebenfalls
stabilisiert wird?
Wie müsste ich die Schaltung modifizieren, damit trotz (hoher)
kapazitiver Last die Spannung hinten stabil bleibt?
Als Instrumentenverstärker später wird der INA333 eingesetzt, der gerne
eine niederohmige Quelle für die Referenzspannung hätte. Es ist nur von
wenigen Ohm die Rede, da ansonsten das CMRR sich massiv verschlechtern
könnte.
Wenn ich nun aber einen Serienwiderstand an den Referenzspannungsausgang
einbaue, um das Schwingen zu verhindern, vergrößere ich damit nicht
meinen Ausgangswiderstand?
Oder macht sich das nicht bemerkbar, da die Kondensatoren am Ausgang
niederohmig genug sind?
Danke schon mal!
Grüße,
André
Wie ist denn die Impedanz des OPV-Ausgangs.. ? Laut Datenblatt
sicherlich recht niedrig. Und durch die Regelung ist der dynamische
Widerstand nochmal niedriger.
C4 und C5 weglassen, C12 auf 4,7-10µF erhöhen und vor + & - des OPV
einen Serienwiderstand von 1 kOhm schalten (Strombegrenzung wenn Ub weg
und C12 entlädt sich in den Eingang des OPV).
In verschiedenen Datenblättern zu A/D Wandlern (z.B. ADS1251) schlägt TI
zum Puffern der Referenz den OPA350 vor.
Da wird direkt an den Ausgang 10µF gegen GND geschaltet und der OP
verträgt das tatsächlich ohne zu schwingen. Hab's selbst ausprobiert
weil ich es nicht glauben wollte.
Edit
Es könnte natürlich sein, dass das in der hier gezeigten Schaltung nicht
funktioniert da die Spannung am Eingang wesentlich stärker
schwankt/rauscht als die Spannung einer echten Referenzquelle.
Das Problem ist, dass die Platine bereits geätzt wurde und eine so große
Änderung wie das Hinzufügen eines neuen Bauteils kommt daher nicht in
Frage.
Deswegen muss ich sehen, dass ich mit möglichst kleinen Änderungen
auskomme.
@Ich
Das klingt vernünftig.
Wie ist das denn generell: Ich benötige die Referenzspannung an mehreren
Punkten auf meiner Platine für einige Bauteile.
Kann es durch das Weglassen der Kondensatoren am Ausgang passieren, dass
ich an den unterschiedlichen Punkten dann auch (leicht) unterschiedliche
Spannungen habe?
Normalerweise würden ja Blockkondensatoren solche Probleme lösen, nur
geht das ja scheinbar bei mir nicht.
@Tilo Lutz:
Wie bereits in meinem Anfangspost erwähnt, habe ich das bereits
ausprobiert, jedoch ohne Erfolg. Vielleicht sollte ich den
Serienwiderstand größer wählen, allerdings benötigt der
Instrumentenverstärker später eine sehr niederohmige Quelle.
>Kann es durch das Weglassen der Kondensatoren am Ausgang passieren, dass>ich an den unterschiedlichen Punkten dann auch (leicht) unterschiedliche>Spannungen habe?
Im Normalfall nicht, da von der Referenz keine großen Ströme gefordert
sein sollten. Einstreuungen sollten auch kein Problem sein durch die
niedrige Quellimpedanz des OPV.
>@Tilo Lutz:>Wie bereits in meinem Anfangspost erwähnt, habe ich das bereits>ausprobiert, jedoch ohne Erfolg.
Tilo Lutz meinte, den R direkt zwischen dem OPA-Ausgang und den beiden
Cs, so dass diese nicht direkt am Ausgang hängen. Da reichen schon
wenige 10 Ohm. Cs direkt am Ausgang eines OPA-Spannungsfolgers führen
fast zwangsläufig zum Schwingen.
>Kann es durch das Weglassen der Kondensatoren am Ausgang passieren, dass>ich an den unterschiedlichen Punkten dann auch (leicht) unterschiedliche>Spannungen habe?
Unterschiedliche DC-Werte wird es praktisch nicht geben, aber bei
längeren Leitungen kann es durchaus vorkommen, dass eine von einem
Nachbarsignal angeregt wird (erst kürzlich so erlebt!). Deshalb ist es
immer sinnvoll, ein C direkt bei der Senke anzuschließen. Das erfordert
aber die Entkopplung von den OPA-Pins über besagten Widerstand.
Und: siehe Aussage von dummi (Gast)!
> Kann es durch das Weglassen der Kondensatoren am Ausgang passieren, dass
ich an den unterschiedlichen Punkten dann auch (leicht) unterschiedliche
Spannungen habe?
Nein. Da ist ja ein Draht zwischen und es fliesst kaum Belastungsstrom.
Die Kondensatoren haben nur einen Zweck: So kuze Belastungsspitzen zu
bedämpfen, die so schnell sind, daß der OpAmp noch nicht nachregeln
konnte.
Wenn deine Belastung überhaupt nicht impulsförmig ist, brauchst du gar
keine Kondensatoren, übrigens auch nicht an R1, nur C3. Wenn es eine
impulsförmige Belastung gibt, probiere aus (Oszilloskop) , wie weit die
Spannung abweicht und nimm den kleinsten Kondensator, der eine gerade
akzeptable Delle ergibt.
Siehe http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.2
>Die Kondensatoren haben nur einen Zweck: So kuze Belastungsspitzen zu>bedämpfen,
Und sie schließen das Rauschen des OPs kurz und reduzieren es damit.
@MaWin
Ist die Relation zu Manfred aus de.sci.electronics beabsichtigt?
Ich habe den Widerstand direkt zwischen OPA-Ausgang und den beiden Cs
gelötet, das sieht man allerdings in dem Anhang nicht, da das Bild dort
den Stand vor meiner Änderung zeigt.
Um Missverständnisse zu vermeiden, hänge ich die Beschaltung nach meiner
Änderung an.
Und dass erst hinter dem Widerstand zurück auf den invertierenden
Eingang zurückgekoppelt wird, habe ich aus diesem Thread:
Beitrag "OPV-Schaltung schwingt"
Als Grund wird genannt, dass der Spannungsabfall über den zusätzlichen
Serienwiderstand damit kompensiert wird, was auch einleuchtet.
Davon ab habe ich diese Beschaltung auch schon in einer anderen
Applikation gesehen.
Ich frage mich nur, wie hoch der Ausgangswiderstand nach so einer
Beschaltung ist? Wäre er dann in meinem Fall 50 Ohm?
Das wäre absolut inakzeptabel und von daher würde ich dann eher dazu
tendieren, alle Kondensatoren wegzulassen.
Ich kann mir kaum vorstellen, dass der Ausgang schwingt.
Was verstehst du denn unter schwingen? 10mVpp? Das könnte schon eine
Messtoleranz sein bzw eine schlechte Masseverbindung.
Und mit wieviel Strom hast du den AUsgang/TP7 belastet? So ein Schwingen
kann auch für zu große Last stehen. Hast du zufällig den Versorgungspin
eines IC daran geschalten? Oder einen realtiv niederohmigen
Spannungsteiler? 100R/100R? Miss am besten mal den Strom zwischen TP7
und der Schaltung, wo es hingeht.
Ansosten ist der OPA2333 ja relativ mächtig. Schonmal versucht gar keine
Caps an den Ausgang zu setzen? Aber 100nF müsste der locker mitmachen.
Das letzte was ich getestet habe war die Beschaltung mit dem
Serienwiderstand und einem 100 nF Kondensator.
Die Amplitude war schon sehr groß, also wir reden hier von 1-2 Vpp.
Frequenz irgendwo bei 20-30 kHz.
Die Last ist extrem klein, da hängt außer den Kondensatoren sonst nur
der Instrumentenverstärker dran. Der Eingangswiderstand davon liegt im
kOhm-Bereich.
Versorgungspin und sonst Spannungsteiler hängen da nicht dran. Wie
gesagt, nur der Referenzeingang vom Instrumentenverstärker.
Gar keine Kondensatoren an den Ausgang zu hängen ist bis jetzt die beste
Variante. Damit ist die Spannung nämlich stabil.
Bin eigentlich auch der Meinung, dass er 100 nF mitmachen sollte, vor
allem weil er laut Datenblatt Unity Gain stabil ist, aber die Praxis
zeigt leider anderes.
>allem weil er laut Datenblatt Unity Gain stabil ist, aber die Praxis>zeigt leider anderes.
Unity Gain stable bedeutet nur, dass er für Verstärung 1 stabil ist. Mit
kapazitiver Last direkt am Ausgang sind viele OPs nicht stabil.
Für Deine Anwendung hättest Du besser einen "Virtual Ground" genommen,
gibt es u.a. von TI. Aber lass doch die Kondensatoren und den Widerstand
am Ausgang weg, dann sollte es eh funktionieren. Mit Widerstand und
Kondensatoren natürlich eigentlich auch, aber wer weiß schon was Du
alles falsch gemacht hast. Ich kann mich auch an viele lustige Dinge in
meinen Schaltungen errinnern.
Ich habe das Datenblatt nochmal angeschaut. Der ist ja wirklich auf
extrem low noise ausgelegt. Entsprechend kannst du dir das ganze
rumgehampel mit den Caps schenken. Tu da höchstens 47p oder 100p gegen
Einstrahlungen ran und fertig. Dann schingt er hoffentlich nicht mehr.
Falls ja, musst du die Caps ganz weglassen. In den beschriebenen Apps
ist er auch ohne Caps. Verwunderlich finde ich es allerdings auch, dass
er mit den 100n nicht zurecht kommt.
Aber wie man Figure 15 sieht, reagiert der OPA echt allergisch auf
Kapazitäten. Insofern lieber weglassen. Der ist ausreichend stabil.
So eine Kurve ist mir übrigens noch bei keinem OPV Datenblatt
aufgefallen. Insofern kann dein Problem tatsächlcih etwas speziell sein.
@ Henrik
>ist er auch ohne Caps. Verwunderlich finde ich es allerdings auch, dass>er mit den 100n nicht zurecht kommt.
Wieso - 100n sind doch schon ausgesprochen viel für einen OPV-Ausgang.
Vielleicht kann auch hinterm Instrumentenverstärker noch etwas gefiltert
werden, wenn es denn wirklich nötig sein sollte.
Oder statt eines R eine kleine L reinschalten (nach dem
Feedback-Anschluß, 10-100µ), dann stört der C danach evtl. auch nicht
mehr.
Zu groß sollte die L aber auch nicht werden, weil die bekommen dann
sonst wieder einen recht signifikanten ohmschen Anteil.
Schau dir mal die angehängte App Note an. Die stammt noch aus der Zeit
wo es BB noch gab. Anstelle der Refernz kannst du deinen Spannungsteiler
anschliessen.
Cheers,
Felix
referenzspannung.png
(3,3 KB)
