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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stabilität einer Schaltung beurteilen


Autor: A. R. (redegle)
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Hallo,

ich habe eine analoge Schaltung aufgebaut.
Es handelt sich hierbei um einen nicht invertierenden Verstärker.
Das Bodediagramm befindet sich im Anhang.

Ab Frequenzen über 570kHz ist die Phasenverschiebung größer als 180°.

Bedeutet dies, dass die Schaltung zum Schwingen neigt?

Op ist ein LM3886
GBW = 8Mhz
Slew Rate 19V/µs

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Nein, das drückt einfach nur aus, daß du zwei Tiefpaßfilter im Signalweg 
hast, mit jeweils 90° Phasendrehung.

Simulationen zur Stabilität sind nicht so einfach. Du müßtest die 
imaginäre Ausgangsspannung vor der Open-Loop-Ausgangsimpedanz abgreifen 
und dessen Signalphase mit der am invertierenden Eingang vergleichen. 
Hast du dann im gesamten Verstärkungs-Frequenzbereich genügend Phase 
Margin, ist der verstärker stabil.

Aber du mußt dazu eine reale Last anschließen, mit Kabelkapazität und 
Schwingspuleninduktivität. Falls eine passive Box angeschlossen werden 
soll, auch noch eventuell die Impedanzen der Frequenzweiche. Die 
Stabilität mit rein ohmschen Lasten dagegen ist so gut wie nie ein 
Problem.

Kai Klaas

Autor: A. R. (redegle)
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Danke,

lass mich das nochmal mit meinen Worten ausdrücken.
Ich muss in der Simulation an den Ausgang eine realistische reale Last 
anschließen.
Dann muss ich kontrollieren, wie der Phasengang am Ausgang im Vergleich 
zum Eingang direkt am Op ist.

Mein Hauptanliegen war eigendlich zu überprüfen, was der Kondensator C1 
bewirkt bzw. ob dieser überhaupt notwendig ist.

Autor: Peer (Gast)
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Meine Erfahrungen mit Cs zwischen + und - Eingang am OP sind ehr 
schlecht. Eigentlich macht man da, wenn überhaupt so um die 10pF rein.

> ob dieser überhaupt notwendig ist.

Warum hast du ihn dann in der Schaltung, wenn du nicht weißt warum?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich muss in der Simulation an den Ausgang eine realistische reale Last
>anschließen.

Ja.

>Dann muss ich kontrollieren, wie der Phasengang am Ausgang im Vergleich
>zum Eingang direkt am Op ist.

Ja, aber vor dem Open Loop Ausgangswiderstand (wahrscheinlich ein paar 
Ohm), weil dieser die Phasendrehung immer erheblich verschlimmert.

Schau mal wie ich das früher mal gemacht habe:

Beitrag "Re: OP-Schaltung: Rechteck zu Sinus"

>Warum hast du ihn dann in der Schaltung, wenn du nicht weißt warum?

Weil ihn das Datenblatt empfiehlt...

Kai Klaas

Autor: A. R. (redegle)
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Ich glaube mir fehlt ein entscheidentens Stück Wissen.

Wenn ich einen perfekten Operationsverstärker belaste. Dann ist die 
Phasendrehung immer gleich, egal welche Last ich anschließe. Denn der Op 
hat einen unendlich kleinen Ausgangswiderstand.

Was ist der "Open Loop Ausgangswiderstand"?

Ist es die Impedanz des Ausgangs oder wie kann ich mir das vorstellen?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Was ist der "Open Loop Ausgangswiderstand"?

Das ist der Ausgangswiderstand des nicht gegengekoppelten Verstärkers. 
Der ist alles andere als unendlich groß. Beim TL081 beträgt er 
beispielsweise rund 300R.

Kai Klaas

Autor: A. R. (redegle)
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Unter welchem Namen finde ich den im Datenblatt?
Bzw. wie beeinflusst er meine Schaltung, wenn sich diese in der 
Gegenkopplung befindet. Normalerweise sollte er herrausgeregelt werden.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Unter welchem Namen finde ich den im Datenblatt?

Ich habe ihn nicht gefunden. Hersteller fragen...

>Bzw. wie beeinflusst er meine Schaltung, wenn sich diese in der
>Gegenkopplung befindet. Normalerweise sollte er herrausgeregelt werden.

Ja natürlich tut er das. Aber hier geht es um die relative Phase 
zwischen Ausgang des "verstärkenden Elements" und invertierendem Eingang 
des "verstärkenden Elements". Wenn dort die Phase Margin nicht stimmt, 
schwingt es!

Kai Klaas

Autor: Jens G. (jensig)
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Wenn bei 180° die Verstärkung, dividiert durch den Gegenkopplungsfaktor, 
immer noch größer 1 ist, dann schwingts.
In deinem Diagramm scheinen die 180° bei rund 16dB zu liegen, reduziert 
um 26dB (hast ja eine Verstärkung von rund 20 (23)), sind's -10dB - 
sollte stabil sein.
Das gilt aber erstmal ohne C1 - weis jetzt nicht so genau, wie der da 
noch mit reinwirkt. Denn der verfälscht ja die Phase/Gegegnkopplung am 
inv. Punkt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wenn man sich mal die Open Loop Frequency Response im Datenblatt 
anschaut, fällt auf, daß der LM3886 über 1MHz völlig seine Phase Margin 
verliert.

Vielleicht ist der Phasengang oberhalb 1MHz so unstabil, daß man darauf 
verzichtet mit einer Phase Lead Kapazität parallel zum 
Gegenkopplungswiderstand die Phase Margin aufzupolieren und knüppelt 
stattdessen lieber das Signal zwischen den Eingangspins auf so kleine 
Werte zusammen, daß die endliche Leerlaufverstärkung über 1MHz unmöglich 
eine Verstärkung von V=1 in der Schleife erzeugen kann, was auch die 
Schwingneigung eliminiert.

Meinen Simulationen zu Folge ist dieser 220pF Kondensator zwischen den 
Eingängen jedenfalls überlebenswichtig für diesen Chip! Man sollte auch 
darauf verzichten, andere Verstärkungen als die vom Hersteller 
empfohlene einzustellen und auch nicht mit Phase Lead Caps herumspielen.

Kai Klaas

Autor: A. R. (redegle)
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Danke für die Information!

Ich sehe was du meinst. Verstehen tu ich es jedoch noch nicht.
Habe die Schaltung mittlerweile so wie im ersten Post aufgebaut ohne 
dass es bis jetzt zu Schwingungen gekommen ist.
Habe auch nicht versucht, was ohne diesen Kondensator passiert.

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