Ich hab mit 2 LT1363 einen Verstärker gebaut. Schaltung ist oben
angehängt. Die Potis zum Offsetabgleich sind (noch) nicht verbaut!!! Die
entsprechenden Pins liegen offen! Nun zeigt sich folgendes Verhalten.
Lasse ich den Eingang des ersten OPV offen, schwingt der Ausgang von
-Vcc bis +Vcc mit ca. 1.4MHz. Verbinde ich den Eingang (egal ob vor oder
hinter dem Eingangs C) mit GND, ändert sich die Frequenz auf 4.2MHz.
Beide Sachverhalte oben als JPG angehängt. Die beiden OPVs haben
zusammen eine theoretische Verstärkung von 100. Ziel soll es später
sein, ein vorher auf gefiltertes Signal (20kHz) zu verstärken.
Was ist die Ursache?
Die offenen Abgleichpins? Habe leider noch keine Möglichkeit diese mit
dem richtigen Poti zu versehen.
Schlechte Masse? Ist in meinem Layout vielleicht nicht die beste, aber
ich nutze zu mindestens ne Ground-Plane.
Hab gelesen, dass ein kleiner Widerstand vor der Rückkopplung
Schwingneigungen vermeiden kann. Kriege ich das Schwingen damit wirklich
komplett weg?
Nächster Schritt wäre genau dies mal auf nem Steckbrett zu untersuchen.
Trotzdem wäre ich jetz schonmal über Hinweise und Ratschläge dankbar.
Gruß
Maddin
Luk4s K. schrieb:> Experimentiere mal mit kleinen Cs (pF-10nF) parallel zu R20 und R22.
Mach ich.
Luk4s K. schrieb:> Abblockkondensatoren scheinen auch zu fehlen.
Nene sind vorhanden. Jeweils 100nF für jeden Versorgungspin auf Masse.
Hier mal das Layout. Habe Beschriftungen eingeführt. Des Weiteren ist
mir aufgefallen, dass der GND Pin des oberen OPV nicht direkt mit der
mittleren Massefläche verbunden ist sondern einmal um das ganze Board
läuft. Deshalb habe ich an dieser Stelle bereits eine zusätzliche
Verbindung hergestellt.
Ja der OPV ist wirklich schnell. Ich hoffe das bricht mir nicht die
Beine. Aktuelle will ich nur 20kHz verstärken. Jedoch wäre es nicht
schlecht wenn nach oben ein bischen Reserve bleibt (ca. 40kHz) und die
OPV nicht schon gleich bei 21kHz in die Knie gehen.
Die Massefläche, die eine sein sollte ist keine, seh dir doch mal an,
über was für einen mikroskopischen Steg der obere Opamp angebunden ist.
Viel bringt deine zusätzliche Verbindung da auch nicht.
Der untere +15V bringt bei seiner momentanen Masseanbindung fast nichts.
Mein Puls steigt...
Auf was man nich alles achten muss. Aber klar. Wie hieß es? Sternförmige
Masseverbindungen? Heißt also möglichst alle GND-Pins der C´s und OPV
auf eine zusammenhängende Massefläche ziehen? Aber das geht doch in der
Realität so gut wie nie..!? Sind ja noch andere ICs drauf, dann haben
die wieder ne schlechte Masse.? Mannoman, nagut. Muss eben das beste
draus gemacht werden. Vielleicht is noch Zeit für ne neue Version.
Aber:
Is das der Grund für das Schwingen? Bzw. kann es sein? Ich sollte
vielleicht ersteinmal mit den C´s rumspielen.
Mit ner doppelseitigen Platine und VIAs/Dukos ist das Problem einfachst
in den Griff zu bekommen. Wenn es ein Einzelstück werden soll, dann
würde ich auf eine geätzte Platine verzichten und es so machen, wie Jim
Willams es macht:
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1154,C1009,C1028,P1219,D4138
Seite 102ff
Den Rest der Appnote ist auch sehr empfehlenswert
Diese Methode hat sich bei mir auch mehrfach bewährt.
Maddin schrieb:> Ich sollte vielleicht ersteinmal mit den C´s rumspielen.
Würde ich auch tun. Ein Kondensator ist ja schnell huckepack über den
Widerstand gelötet. Da du — gemessen an der Bandbreite des Opamp —
relativ hochohmige Widerstände benutzt, machen sich Leitungs- und
Eingangskapazitäten des Opamps schon deutlich bemerkbar. Die benötigte
Parallelkapazität liegt in der Größenordnung von 1pF. Da du aber bei
Weitem nicht die volle Bandbreite brauchst, ist es auch kein Fehler, den
Kondensator ein gutes Stück überzudimensionieren. Da dadurch der Opamp
künstlich ausgebremst wird, sind auch die Layoutaspekte nicht mehr ganz
so kritisch.
Im Datenblatt stehen unter "Layout and Passive Components" ein paar
Informationen dazu.
Yalu X. schrieb:> Würde ich auch tun. Ein Kondensator ist ja schnell huckepack über den> Widerstand gelötet. Da du — gemessen an der Bandbreite des Opamp —> relativ hochohmige Widerstände benutzt, machen sich Leitungs- und> Eingangskapazitäten des Opamps schon deutlich bemerkbar. Die benötigte> Parallelkapazität liegt in der Größenordnung von 1pF. Da du aber bei> Weitem nicht die volle Bandbreite brauchst, ist es auch kein Fehler, den> Kondensator ein gutes Stück überzudimensionieren. Da dadurch der Opamp> künstlich ausgebremst wird, sind auch die Layoutaspekte nicht mehr ganz> so kritisch.>> Im Datenblatt stehen unter "Layout and Passive Components" ein paar> Informationen dazu.
Vielen Dank für diese Erklärung. Jetzt ist mir auch klar, inwiefern ich
was mit den C´s bewirke. Vielleicht bekomm ich auch noch langsameren OPV
gleichen Typs ran. Ich werde berichten.
Abblock-C'S so na wie möglich am IC platzieren. Mit "nah" meine ich
nicht einfach nur örtliche Nähe, sondern elektrisch kurze Strippen. Der
einzige C, der sinnvoll angeordnet ist, ist am unteren IC am -15V
Anschluß. Also jeweils beide C's (+ und -) auf Masse in der nähe des
nichtrinvertierenden Anschluß (Pin 3) einklinken. Bei deiner Platine
sind die fast alle nur über lange Massewege miteinander verbunden (pro
IC)
Ich vergaß:
Die Pfeile kennzeichnen den Weg AUS der Quelle.
Diesmal ist eine Groundplane auf der Bottom Seite vorhanden. Nur
vereinzelnt liegen dort auch Leiterbahnen, wie z.B. im letzten Bild ein
Teil der +15V und -15V.
Geilo.
Zuerst habe ich 15pF parallel zu beiden Rückkopplungswiderständen
probiert. Siehe da, Amplitude des Schwingens hat sich deutlich auf ca
800mV reduziert. Da geht noch mehr dacht ich. Also aus 15pF mal 47pF
gemacht und schon waren es nur noch 10mV. Frequenz in diesem Fall bei
ca. 140kHz. Dabei sollte ich es belassen, da diese sowieso rausgefiltert
werden.
Very cool, wie einfach das doch war... Dank euch. ;)
Zu meinem Layout könnt ihr aber trotzdem noch was sagen, wenn hier
wieder mehr los ist :)
Gruß
Maddin
> Zuerst habe ich 15pF parallel zu beiden Rückkopplungswiderständen> probiert. Siehe da, Amplitude des Schwingens hat sich deutlich auf ca> 800mV reduziert.
Hmm, ich hätte eigentlich erwartet, dass die Schwingung schon mit
weniger pF komplett verschwinden.
Nur um sicher zu gehen: Du hast jeweils einen Kondensator parallel zu
den beiden 120kΩ- bzw. 240kΩ-Widerständen geschaltet? Wenn es dann bei
konstanter Eingangsspannung immer noch Dauerschwingungen gibt, scheinen
da noch irgendwelche zusätzlichen parasitären Elemente zu existieren,
von denen wir bisher nichts wissen. Ein schnell abklingendes Überschwin-
gen bei einem angelegten Rechtecksignal würde ich gerade noch als plau-
sibel betrachten, aber bei dir sieht es ja viel schlimmer aus.
> Zu meinem Layout könnt ihr aber trotzdem noch was sagen, wenn hier> wieder mehr los ist :)
Die Anordnung der Blockkondensatoren und der Masseflächen sieht jetzt
viel besser aus. Prinzipiell könntest du den Kondensator links oben
(-15V) an die gleiche Masse-"Halbinsel" schalten, an der auch schon der
Kondensator rechts oben (+15V) hängt. Zusätzlich können die beiden
Kondensatoren für +15V noch etwas näher an die ICs geschoben werden,
Platz dafür ist ja vorhanden.
>Zuerst habe ich 15pF parallel zu beiden Rückkopplungswiderständen>probiert. Siehe da, Amplitude des Schwingens hat sich deutlich auf ca>800mV reduziert. Da geht noch mehr dacht ich. Also aus 15pF mal 47pF>gemacht und schon waren es nur noch 10mV. Frequenz in diesem Fall bei>ca. 140kHz. Dabei sollte ich es belassen, da diese sowieso rausgefiltert>werden.
Da ich immer noch vermute, daß die Schwingungen von der schlechten
Abblockung kommen, und nicht von irgendwelchen "normalen"
Rückkopplungsgeschichten vom Ausgang auf den inv. Eingang, denke ich
mal, daß Du diese "Lösung" nicht wirklich anwenden solltest. Denn wenn
sich mit steigender C-Größe selbst bei 47p die Amplidute nicht auf 0
reduzieren läßt, ist anzunehmen, daß es eher die Abblock-C sind, die
unglücklich platziert sind/waren.
Ich würde also an Deiner Stelle die neue Platine benutzen, wo die C's
schon ganz gut platziert sind.
Zusätzlich noch die Masse unter den invertierenden Eingängen (Pin 2)
aussparen (damit keine zu großen parasitären C's dort rumlungern), und
zusätzlich die R's, die an Pin2 gehen, möglichst auch dicht an den IC
ran, damit aufgrund kürzerer Leitungslänge an Pin 2 ebenfalls die
parasitären C's reduziert werden. Alles Cu, was an Pin2 direkt dran ist,
sollte möglichst kleine Fläche haben. Den R unten rechts neben dem
unteren IC würde ich als 90° drehen, und soweit wie möglich an den IC
ransetzen (deselbe dann auch oben beim anderen IC).
Eigentlich ist es auch vorteilhaft, die Ausgangsleitungen, die direkt an
den Ausgangspins 6 liegen, ohne Masse von hinten zu machen - aber ich
denke, bei einem 70MHz ist das vielleicht noch nicht so kritisch.
Und ich denke, es ist eine schlechte Idee, Ein- und Ausgang auf dieselbe
Steckerleiste unmittelbar nebeneinander zu setzen. Schließlich hast Du
ja 100-fache Verstärkung, so daß bereits kleines Streukapazitäten zw.
Ein/Ausgang zu Oszillationen führen können. Wenn schon beide
zusammengeführt werden sollen, dann noch mindestens eine Masseleitung
dazwischen vorsehen
Also.
Ja ich bin dabei das von euch erwähnte nun konsequent für die ganze
Platine anzuwenden. Ich hoffe ich kann nocheinmal eine fertigen lassen.
Bis dahin muss ich jedoch mit dem was ich habe sicherstellen, dass keine
Fehler in der Funktionsweise der Schaltung sind.
Habe das mal ausprobiert mit den freigestellten Masseflächen auf der
Bottomseite. Siehe oben beide Lagen.
Dann habe ich mich mal rangesetzt und die Verstärkerstufen mit den
parallelen 47pF untersucht. Also Frequenzgang und Phasengang
aufgenommen. Und man siehe die 47pF waren wirklich zu viel des Guten.
Der 3dB Punkt bzw. die Grenzfrequenz hat sich auf ca. 6kHz verringert.
Das geht mal garnicht, wenn ich 20kHz verstärken will.
Dann ist mir noch etwas aufgefallen. Die beiden OPVß´s werden ganz schön
warm. Anfangs habe ich nur leicht Wärme gespürt, als ich später den
Eingang mal offen ließ, waren die ganz schön heiß. Ist das Normal bei so
dicken/schnellen OPV´s. Nun gut die brauchen ja jeweils schon ca 8mA bei
+-15V. Sind dann schon 240mW ohne Last. Aber OPV´s kühlen? Wer macht
denn sowas? Macht mir bissal Angst.
Gruß und schönen Abend
Maddin
Warum sollen 240mA Angst machen? Ist doch noch voll im Rahmen (im
Datenblatt wird auch dieses Thema angesprochen - brauchst nur mal
durchlesen, was die max. Verlustleistung so angeht).
Achja - es hilft der Stabilität auch, wenn die R's zur
Verstärkungseinstellung nicht zu hochohmig werden. Wird um so
kritischer, je höher die GBW des OPV ist. 120/140kOhm sind also nicht
mehr als so ideal zu betrachen. Ich würde schon zu nur noch einem
Zehntel neigen, sofern der Eingang so niedrig werden darf.
Jens G. schrieb:> Warum sollen 240mA Angst machen? Ist doch noch voll im Rahmen (im> Datenblatt wird auch dieses Thema angesprochen - brauchst nur mal> durchlesen, was die max. Verlustleistung so angeht).
Ja schon klar, ich bezweifel auch nicht, dass die Verlustleistung im
zulässigen Rahmen bleiben. Nur, das heißt ja nicht, dass ein Bauteil
nicht den Hitzetod sterben kann. Durch 1A Transis im To-92 kann ich auch
1A schicken, aber ob der das ohne Kühlung überlebt... Wer weiß.
Jens G. schrieb:> Achja - es hilft der Stabilität auch, wenn die R's zur> Verstärkungseinstellung nicht zu hochohmig werden. Wird um so> kritischer, je höher die GBW des OPV ist. 120/140kOhm sind also nicht> mehr als so ideal zu betrachen. Ich würde schon zu nur noch einem> Zehntel neigen, sofern der Eingang so niedrig werden darf.
Ja werde ich unter Berücksichtung des Eingangswiderstandes anpassen.
Sorry - meinte natürlich 240mW (nicht mA).
Aber egal - ob ein 1A Transis im To-92 verglüht, hängt nicht einfach vom
Strom ab, sondern eben dessen Verlustleistung, die er gerade umsetzt.
Wenn der TO-92 nur im Schaltbetrieb arbeitet, dann ist das eine Ampere
auch egal, und heizt nicht so sehr, wie im analogen bereich.
Ich wollte auch nur sagen, dass auch wenn man die Spezifikation im
Datenblatt nicht überschreitet das Bauteil kaputt geht, weil man zB. die
Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses nicht beachtet hat.
Die Wäremleitfähigkeit (oder üblicher Wärmewiderstand) ist Teil der
Spezifikatio im DB. Und damit kannst Du ausrechnen, daß Du mit den 240mW
deutlich vom Maximum entfernt bist. Erst so bei 400/500mW wirds langsam
kritisch, je nach Platine, die ja auch kühlt über die Pins.
Ich möchte dieses Thema einmal weiterführen, da das Problem mit dem
Schwingenden LT1363 immer noch nicht ganz behoben wurde. (Nein ich habe
nicht durchgängig daran gearbeitet)
Ich habe ein neues Layout verwendet. im Prinzip wie die letzten
Layoutbilder.
Mein Messpfad sieht folgendermaßen aus: Instr.Amp (A=100) -> 2x Bandpass
(f=20khz, Q=3) -> 2x Verstärkung mit LT1363 mit A=100
Gesamtverstärkung für 20kHz Komponenten = 40.000
Messungen ergaben: Auf der Betriebsspannung (+-10V) sind im Abstand von
1/11kHz kleine Pulse mit anschließendem Einschwingverhalten (ca. halbe
Si-Fkt). FFT Spektrum zeigt Peaks bei vielfachen von 11kHz mit
steigendem Pegel bis in MHz Bereich. Diese Puls sind auch im
Ausgangssignal der ersten Stufe enthalten. 2x11Khz liegen im
Durchlassbereich des Bandpasses und werden deshalb auch schön mit ca.
40000 verstärkt. Macht am Ausgang eine Amplitude von 500mV. Das
Nutzsignal ist so nicht verwendbar.
Zuerst dachte ich es liegt wieder am LT1363. Dann habe ich den Eingang
dessen mal mit GND kurzgeschlossen und an dessen Ausgang zeigen sich
dann die Störimpulse mit Amplitude von ca. 1.5V. Dieses Signal ist sehr
sauber. Ich gehe also davon aus, dass dieser auch stabil läuft und das
besagte Schwingen von oben behoben ist. Lasse ich den Eingang offen,
zeigen sich am Ausgang sogut wie keine Störungen. Sie Störimpule kommen
also von außen und
Woher weiß ich also woher die Störung kommen? Man könnte denken sie sind
in der Masse (weil sich ja bei Eingangskurzschluss erwähntes Verhalten
zeigt). Wie kommen sie dann aber auf die Versorgungspannungen? Oder
kommen sie aus der Versorgungspannung und übertragen sich verstärkt auf
den Ausgang?
Zeitweise ging ich davon aus sie kommen von "außen". Ich verwende ein
Netzteil ohne zusätzlich Filter usw. Einen LC Filter (fg=5kHZ) mit L und
C aus der Kramkiste habe ich ausprobiert, verschlechtern aber besagtes
Verhalten nur.
Die Störimpulse sind unabhängig von der Größe der Versorgungsspannung.
Bei allen verwendeten OPVs habe ich Strikt darauf geachtet, EntkoppelCs
richtig zu positionieren. Das ich jedoch keine weiteren stabilisierung
habe (und nun auch nur über einlöten in die Zuleitung realisieren kann)
macht mir Sorgen.
Was könnte ich nun tun? Ich habe schon darüber nachgedacht, dickere C´s
(Elkos) an kritischen Stellen (überall??) über die 100nF Entkoppel-C´s
zu löten. Hatte bis dato aber noch keine zur Hand. Würden es auch diese
Standard SMD Keramiks tun?
Ich weiß, dass sind alles spärliche Informationen, ich möchte jedoch
ungern mein Layout posten. Vielleicht reichen die Informationen auch.
Ich suche nur Anregungen, Kritiken und Hinweise auf typische
Problemfelder.
Bei einer so hohen Verstärkung muss man vor allem für die ersten Stufen
eine saubere Versorgungsspannung haben. Bei 11 kHz kommt man kaum um
einen größeren Kondensator oder Elko herum. Das könnten ggf. auch 47 µF
als Vielschicht Keramik sein - es muss kein Elko sein. Die Leitungen zum
Elko dürfen auch etwas länger sein, notfalls auch erstmal mit ein paar
cm Kabel.
Beim Elko reichen 1 oder 2 Stück - wichtig ist hier ggf. der Punkt wo
die Verbindung zur Signal Masse ist.
Wenn das Signal bei Eingang auf GND da ist, ist das Signal auf der
Massefläche. Das können z.B. die Ströme durch die
Entkoppelkondensatoren sein, die in die Massefläche einkoppeln.
Ein Problem könnte auch sein das am OP Ausgang einfach zu viel Kapazität
dran hängt. Bei mehr als etwa 50 pF lieber einen Widerstand als
Isolierung dazwischen.
11 kHz sind schon eine etwas ungewöhnliche Frequenz. Das könnte
eventuell von einer Energiesparlampe kommt, oder ggf. von einem
Schaltnetzteil, dass nicht ganz stabil in der Regelung ist, oder im fast
Leerlauf.
Ulirch schrieb:> Beim Elko reichen 1 oder 2 Stück - wichtig ist hier ggf. der Punkt wo> die Verbindung zur Signal Masse ist.
Meinst du Signal-Masse (masse vom Signal) oder das Signal Masse. Bei
letzterem würde ich den Elko einfach möglichst nahe den Entkoppel C´s
packen.
Ulirch schrieb:> Ein Problem könnte auch sein das am OP Ausgang einfach zu viel Kapazität> dran hängt. Bei mehr als etwa 50 pF lieber einen Widerstand als> Isolierung dazwischen.
Meinst du damit einen Serienwiderstand in den Ausgangspfad um
Rückkopplunsstrom zu verringern? Jetzt natürlich schlecht machbar, da
schon Leiterplatte fertig.
Wie hier bereits Forenmitglieder gepostet haben, habe ich unten den
Ausgängen der empfindlichen OPs (LT1028 und LT1363) die Massefläche auf
der Bottom Seite ausgespart. Die Leitungen nicht zu dick usw.
Ulirch schrieb:> 11 kHz sind schon eine etwas ungewöhnliche Frequenz. Das könnte> eventuell von einer Energiesparlampe kommt, oder ggf. von einem> Schaltnetzteil, dass nicht ganz stabil in der Regelung ist, oder im fast> Leerlauf.
Ich dachte auch zuerst die Impulse kommen von außen. Habe in
unterschiedlichen Laboren/Gebäuden mit unterschiedlichem Netzteil
gemessen. Nur Oszi war das gleiche. Ich schätze die Störungen werden von
meiner Baugruppe erzeugt/verursacht.
Ich habe ein PWW auf meiner Platine. Periode 1kHz. Passt aber nicht zum
Zeitverlauf der Impulse und nicht zum FFT Bild. Man sieht das PWM zwar
auf der Versorgung, aber eben viel seltener als die Impulse.
Lange Leitungen (z.B. 10 cm) zum Elko sind kein Problem. Das Problem wie
bei den anderen Entkoppelkandensatoren auch der Strom der über die
Kondensatoren ggf. in die Masseleitung eingekoppelt wird. Deshalb ist es
ggf. nötig eine seperate Masse für die Signale und für die Versorgung zu
habe. Die Kondensatoren gehören zur Versorgung. Für den ersten Test
würde ich die Elkos ruhig über Kabel extern anlöten - die beiden Elkos
für die pos. und neg. Spannung schon extern verbinden. Wo die Masse dann
am besten hinkommt muss man ggf. probieren - das hängt vom gesamten
Layout ab, nicht nur dem Teil lokal um die OPs.
Der Serienwiderstand hinter dem OP ist dazu da damit sich durch eine
Kapazitive Last keine wesentlichen Phasenverschiebungen ergeben. Das
könnte ggf. zu HF Schwingungen führen. Für die 11 kHz Störungen ist das
eher nebensächlich. Der Widerstand kommt hinter die ganze Schaltung mit
den OP incl. Rückkopplung. Wenn der Widerstand stört muss man ggf. die
Schaltung anpassen.
verst__rker.png
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LT1363_gnd.JPG
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LT1363_offen.JPG
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