Hallo Dirk,
>kannst du vllt. kurz erläutern wie es dazu kommt oder mir einen Link
>o.ä. geben wo ich dazu was nachlesen kann..? (also wieso es zu der
>Schwingung kommt)
Also, erst einmal ist es nicht sinnvoll große Kapazitäten an den Ausgang
zu schalten, weil das für den OPamp bei hohen Frequenzen eine enorme
Last darstellt. 10nF haben bei 100kHz eine Impedanz von immerhin 160
Ohm, bei 1MHz sogar nur 16 Ohm. Das ist für einen OPamp wie den TLC272,
dessen Last im kOhm Bereich liegen sollte, einfach zu wenig.
Aber das ist nicht der Grund für die Instabilität und Schwingneigung.
Man muß wissen, daß die allermeisten OPamp intern bandbreitenbegrenzt
sind. Das macht man mit einem RC-Tiefpaß irgendwo in den Innerein, bei
irgendeiner Treiberstufe. Das hat zur Folge, daß der Ausgang der
Spannung am invertierenden Eingang um rund 90° in der Phase hinterher
hinkt (Phase Lag). Berücksichtigt man jetzt noch die 180° Phasendrehung
des invertierenden Eingangs, dann genügt eine zusätzliche Phasendrehung
in der Gegenkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang von weiteren
90° (Phase Lag) um den OPamp zum Schwingen zu bringen. Voraussetzung
dafür ist, daß die Schleifenverstärkung größer als 1 ist. Erzeugt also
die Gegenkopplung bei einer bestimmten Frequenz eine Phasendrehung von
rund 90° und eine Abschwächung des Ausgangssignals um beispielsweise den
Faktor 10, dann muß die Open Loop Gain des OPamp noch mindestens 10
betragen und der OPamp fängt munter an zu schwingen!
Man kann das Ganze übrigens recht genau simulieren. Das habe ich im
Anhang mit TINA getan. Man berechnet dazu einfach, wie groß die
Phasendrehung des Gegenkopplungsnetzwerks bei jeder Frequenz ist. Der
OPamp kommt in dieser Simulation fast garnicht mehr vor. Das einzige was
man von ihm sieht, ist sein Open Loop Ausgangswiderstand von 150 Ohm,
also den Ausgangswiderstand, den er ohne Gegenkopplung hat. Diesen
findet man in seinem Spice-Modell. Außerdem sieht man vom OPamp noch die
Eingangskapazizät am invertierenden Eingang von ca. 20pF, die in C2
steckt.
Das Digital-Poti wird mit seinen Streukapazitäten mit C2 und C4 und mit
seinem Widerstand mit R2 simuliert.
Wenn man jetzt das Bild im Anhang betrachtet, sieht man, daß bei 200kHz
der OPamp eine Phasendrehung von rund 100° erzeugt und das
Gegenkopplungnetzwerk eine Phasendrehung von rund 60°, was gefährlich
nahe bei 180° liegt. Außerdem hätte der OPamp bei 200kHz noch genügend
Verstärkung um zu schwingen.
Das hier nicht genau 180° Phasendrehung herauskommt, liegt
wahrscheinlich an der zu starken Belastung durch den 20 Ohm Widerstand,
was durchaus eine zusätzliche, hier unberücksichtigte Phasendrehung
erzeugen kann.
Kai Klaas
op-tlc272.png
(6,7 KB)
