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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Suche schnellen Rail to Rail OP 12V


Autor: Daniel S (Gast)
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Hallo,

ich möchte ein 20kHz Signal von 20mV auf 10V verstärken. Die Signalform 
kann Rechteck oder Sinus sein. Bisher im Einsatz ist der LM6134, welcher 
jedoch die Flanken unschön verschleift und eine Phasendrehung um 25° 
verursacht. Es ist wichtig, die Phase möglichst unverändert zu belassen. 
Der OP sollte min. 5mA, besser 10mA treiben können und als Quad OP mit 
Standardbelegung verfügbar sein.

Gibt es irgendwelche Empfehlungen für diesen Einsatz?

Besten Gruß
Daniel

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Was haben denn Suchen bei den Herstellern ergeben ? Nach welchen 
Parameter werten wurde denn gesucht ? Kritische Werte hier sind die GBW 
mit 500 x 20k  = 10MHz und die Anstiegsgeschwindigkeit mit > 3V/us, 
beide Sinus, fuer Rechteck braucht man von Beidem mehr.

Autor: BMK (Gast)
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Meine Glaskugel sagt gerade OPA4727

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>ich möchte ein 20kHz Signal von 20mV auf 10V verstärken. Die Signalform
>kann Rechteck oder Sinus sein. Bisher im Einsatz ist der LM6134, welcher
>jedoch die Flanken unschön verschleift und eine Phasendrehung um 25°
>verursacht.

Dann verlangst du wohl zuviel Verstärkung von ihm. Teile die Verstärkung 
auf vier oder mehr Stufen auf. Mit V=5 pro Stufe sieht die Geschichte 
schon ganz anders aus.

Kai Klaas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Yes Kai,
das glaube ich auch.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Und wenn Rechteck ausreicht, nimmt man einen schnelleren Komparator. 
Selbst der gute, alte LM339 macht das spielend mit. 20kHz->50us. Der 
LM339 hat um die 1us Verzögerungszeit, sprich hier ~2%.

MFG
Falk

Autor: Ruslan K. (idrisk)
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Ich habe für schnelle und saubere Anwendungen den AD823 im einsatz. Ist 
zwar teuer, aber sein geld wert!

Gruß

Autor: Daniel S (Gast)
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Hallo,

die 10MHz habe ich bedacht, aber der 6134 ist trotzdem eine 
Größenordnung zu langsam.

Das Problem ist, dass es wenige R2R-OPs mit 12V gibt. Zumindest auf 1V 
genau müsste ich die Rails schon erreichen.

Den LM339 habe ich auch im Einsatz, aber an einer stelle sitzt ein 
Verstärker, bei dem ein OP als Komparator dient. Ein Redesign möchte ich 
dabei nicht machen, daher suche ich einen guten OP. Messtechnisch ergibt 
sich sowohl bei Verstärkereinsatz als auch bei komparatoreinsatz eine 
erhebliche Verzögerung von mehreren µs.

Autor: bingo (Gast)
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Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Je nachdem, wie rechteckig das Rechteck am Ausgang erscheinen soll,
brauchst du einen Opamp mit 50MHz oder darüber. Die Auswahl bei schnel-
len Rail-to-Rail-Opamps mit 12V ist nicht groß, aber auch nicht null.
Mit 12,6V maximaler Versorgungsspannung findet man schon ein paar Typen.
Man muss dann eben auf ausreichende Qualität der Spannungsversorgung
achten.

Der LT6232 (vierfach mit Standardbelegung plus 2 NC-Pins, Rail-to-Rail,
12,6V, 215MHz) wäre schon ein recht schnelles Exemplar. Langsamere gibt
es aber auch, auch von anderen Herstellern.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ein Redesign möchte ich dabei nicht machen, daher suche ich einen guten
>OP.

Was heißt Redesign?? Du hast doch noch gar kein funktionierendes Design, 
wenn ich dich richtig verstanden habe. Du hast lediglich etwas 
ausspobiert, was nicht funktionert, oder? Und jetzt willst du diese 
Fehlkonstruktion mit einem magischen OPamp retten, der ein 20kHz 
Rechteck ohne Phasenfehler um den Faktor 500 verstärken soll???

Also schön, rechnen wir mal: Für ein 20kHz Rechteck mußt du mindestens 
noch 200kHz verstärken können. 200kHz x 500 = 100MHz. Jetzt noch eine 
Verstärkungsreserve von 10 ergibt eine Leerlaufbandbreite von 1GHz...

Kai Klaas

Autor: Michael (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Was heißt Redesign?? Du hast doch noch gar kein funktionierendes Design,
> wenn ich dich richtig verstanden habe.

Falsch, er hat schon ein funktionierendes Design aber was dabei rum 
kommt gefällt ihm nicht:

Daniel S schrieb:
> Bisher im Einsatz ist der LM6134, welcher
> jedoch die Flanken unschön verschleift und eine Phasendrehung um 25°
> verursacht.

;)

Autor: jens (Gast)
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Autor: Daniel S (Gast)
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Die Anwendung ist ein Strom-Meßverstärker in einem Frequenzumrichter. 
Die zu messenden Ströme liegen bei max. 25Ass und min. möglichst nahe 
bei 0Ass. Die Frequenz ist ca. 5kHz...30kHz. Ein mit +/-15V versorgter 
LEM Wandler nimmt den Strom auf und wird ausgangsseitig mit einer 
ohmschen Bürde belastet. Eine Op-Schaltung wandelt dann den 
Spannungsbereich +/-3,75V an der Bürde auf einen Pegel von 1...11V um. 
Außerdem ist ein Rechteckausgang zur Phasenerkennung erforderlich. Die 
virtuelle Masse ist auf 6V definiert bei einer Versorgung des OPs mit 
12V.

Hierzu kommen 2 OPs zum  Einsatz:
-1x Subtrahierer zur Skalierung +/-3,75V auf 1...11V
-1x Komparator zur Nullpunktdetektion.

Zusammen mit 2 weiteren Verstärkungen kommt ein 4-fach OP zum Einsatz. 
Grundsätzlich funktioniert die Sache bei 10kHz sehr gut, die Schaltung 
soll aber auf 30kHz erweitert werden. Das Problem ist nun, dass sowohl 
der Subtrahierer als auch der als als Komparator eingesetzet OP eine 
zeitliche Verschiebung von je nach Eingangspegel ca. 2...4µs einbringen. 
Damit wird die Phasenmessung und später auch die Leistungmessung 
natürlich sehr ungenau.

Arbeiten am Layout sollen vermieden werden, da die Platinen schon 
existieren. Mit LT Spice und dem original Modell des OPs ist der Effekt 
genauso sichtbar wie in der realen Schaltung.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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was hat denn dein Stromsensor für eine Bandbreite? Evtl. hat sich das 
Problem mit dem Rechteck bei 20kHz ohnehin schon gegessen.

Autor: Daniel S (Gast)
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Hallo, die Bandbreite des LEM Wandlers beträgt ca. 200kHz -3dB. Der 
Strom ist an sich fast sinusförmig, an dieser Stelle ist die Bandbreite 
also nicht so das Problem. Wichtig ist nur, dass der Sinus nicht um 4µs 
verzögert am Ausgang erscheint und dass der Phastendetektor am Ausgang 
recht steile Flanken bringt und ebenfalls nicht um 4µs verzögert.

Hauptproblem ist die Verzögerung von 4µs.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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- Also, was mit zuerst mal auffällt, sind die vielen Zenerdioden an den 
Ein- und Ausgängen der OPamps. Ich meine hier DD6, DD8, DD9 und DD12. Da 
diese, je nach Ausführung, riesige Kapazitäten aufweisen können, sind 
die genau dort ein ganz großes No-No, wenn du 30kHz verarbeiten willst.

- Dann macht RD2 hier mit 1R kaum Sinn.

- CD2 und die Sperrschichkapazität von DD3 sind kritisch in Verbindung 
mit der Ausgangsimpedanz des diese Schaltung treibenden Glieds. Ist das 
eine OPamp-Schaltung, dann kann CD2 und DD3 sogar Schwingen bewirken, 
zumindest aber dessen dynamische Eigenschaften erheblich verschlechtern.

- CD12 ist kritisch. Hier darf nur ein Wert eingesetzt werden, der 
gerade die Streukapazität am "-" Eingang des OPamp kompensiert. Die 
riesige und schwankenden Sperrschichtkapazität von DD6 läßt sich damit 
nur sehr unvollkommen kompensieren.

- Der ganze Komparator ist grenzwertig: Kondensatoren in der Mitkopplung 
sollte man tunlichst vermeiden. Das gilt für CD5, CD7 und CD13. Außerdem 
ist RD15 für eine 30kHz-Schaltung vieeeeel zu hochohmig. Darüberhinaus 
ist ein OPamp hier wahrscheinlich wirklich am Anschlag. Nicht ohne Grund 
werden echte Komparatoren hergestellt und auch eingesetzt.

So wie es aussieht, ist die Schaltung mit den vielen Caps und 
Zenerdioden zu Tode kompensiert worden. Da hat jemand in der Entwicklung 
panische Angst gehabt und so viele Sicherheitsgurte eingebaut, daß der 
Fahrer nicht mehr ans Lenkrad und die Pedale kommt...

Kai Klaas

Autor: Daniel S (Gast)
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Hallo,

die Z-Dioden sind bis auf DD3 nicht bestückt. Die Z-Dioden haben auch 
die Analogwerte verzerrt, weil sie schon deutlich unterhalb der 
Z-Spannung leitend wurden, was in hochohmigen Schaltungsteilen für Ärger 
gesorgt hat. In künftigen Versionen werden einige hiervon durch 
Schottkydioden gegen Betriebsspannung ersetzt werden.

RD2 ist ein nicht brennbarer Sicherheitswiderstand und sollte am 
Stromausgang des LEM nicht schaden. DD3 ist essentiell, weil es am 
Eingang ziemlich krachen kann. Der LEM Wandler treibt das im Versuch 
schwingungsfrei, und CD2 diente nur der Unterdrückung von Nadelimpulsen.

CD12 ist unbestückt, bei der ähnlichen Schaltung zur Spannungsmessung 
dagegen mussten hier 10pF eingesetzt werden, damit die Schaltung nicht 
schwingt. CD5 und CD13 sind unbestückt.

Die 100k werde ich versuchsweise mal kräftig reduzieren. Der Spielraum 
nach unten hin ist begrenzt, weil sonst an RD6 Spannung verloren geht. 
CD5 war dazu gedacht, RD15 wechselstromseitig zu überbrücken.

Mit dem Oszi lässt sich PIN6 und 7 an OPD messen. Hier ist beides 
sinbusförmig, aber im nulldurchgang sich die 4µs messbar. Der selbe 
Effekt tritt an PIN 10 zu 8 auf.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>RD2 ist ein nicht brennbarer Sicherheitswiderstand und sollte am
>Stromausgang des LEM nicht schaden. DD3 ist essentiell, weil es am
>Eingang ziemlich krachen kann. Der LEM Wandler treibt das im Versuch
>schwingungsfrei, und CD2 diente nur der Unterdrückung von Nadelimpulsen.

Was setzt du für DD3 konkret ein? Welchen LEM-Wandler verwendest du? Wie 
groß ist CD2? Wo kommen denn die Nadelimpulse her?

>CD12 ist unbestückt, bei der ähnlichen Schaltung zur Spannungsmessung
>dagegen mussten hier 10pF eingesetzt werden, damit die Schaltung nicht
>schwingt.

Genau.

>CD5 und CD13 sind unbestückt.

Gut. CD7 muß auch weg!!

>Die 100k werde ich versuchsweise mal kräftig reduzieren. Der Spielraum
>nach unten hin ist begrenzt, weil sonst an RD6 Spannung verloren geht.

Du weißt schon, daß das ohne Puffer hinter RD6 Murks ist, weil jetzt die 
beiden OPamp nicht rückwirkungsfrei arbeiten können!

>CD5 war dazu gedacht, RD15 wechselstromseitig zu überbrücken.

Das koppelt aber auch direkt deine Nadelimpulse weiter und verstärkt die 
unerwünschte Kopplung zwischen den beiden OPamps.

>Mit dem Oszi lässt sich PIN6 und 7 an OPD messen. Hier ist beides
>sinbusförmig, aber im nulldurchgang sich die 4µs messbar. Der selbe
>Effekt tritt an PIN 10 zu 8 auf.

Da solltest du aber nicht messen! Miß lieber mal direkt an RD6 und 
hinter RD34/35, wobei du die Schaltungsteile hinter diesen Widerständen 
mal abhängen solltest.

Kai Klaas

Autor: Daniel S (Gast)
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DD3 ist eine SM6T6V8CA von ST, lieferbar mit Datenblatt bei RS.

Der LEM-Wandler ist ein LA 55-P 1000:1

Die Nadelimpulse werden je nach Verkabelung im Gehäuse kapazitiv 
eingestreut. Der mit 520V betriebene Leistungsteil ist recht schmutzig, 
besitzt weder Snubber noch ein sauberes layout. Allerdings ist er seit 
fast 10 Jahren bewährt und kann aber erst in Zukunft modifiziert werden.

CD7 ist entfernt, wie alle Teile mit N/A.

Wenn der obere OPs sauber arbeiten würde, wären der invertierende 
Eingang immer auf 2,5V. Dann bliebe das System linear und durch die 
Belastung der 150 Ohm Bürde mit 27k würde nur ein vernachlässigbarer 
Fehler entstehen. Die Phasenerkennung war auch auf geringen 
Eingangsstrom ausgelegt, so dass auch hier keine gröberen Fehler zu 
erwarten waren. Bei knapp 30kHz ist die Wirkung aber schlecht.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Der LEM-Wandler ist ein LA 55-P 1000:1

Dem Datenblatt zu Folge hat das Teil einen Stromausgang. Eine kapazitive 
Last ist also wahrscheinlich harmlos.

Allerdings bildet die 2nF Sperrschichtkapazität der Transzorb mit dem 
150R Widerstand eine Phasenverschiebung von 3,2° bei 30kHz, also rund 
300nsec Zeitverzögerung.

>Mit dem Oszi lässt sich PIN6 und 7 an OPD messen. Hier ist beides
>sinbusförmig, aber im nulldurchgang sich die 4µs messbar.

Die von dir beobachteten 4µsec Zeitverzögerung lassen sich damit aber 
nicht erklären. Vielmehr sind die wohl ein Resultat deiner falschen 
Messung. Wie ich schon schrieb, darfst du nicht am "-" Eingang des OPamp 
messen, sondern mußt den Spannungsabfall über RD6 mit dem Ausgangssignal 
des OPamp vergleichen.

Machst du so wie von mir empfohlen, liefert die Simulation keine 
Zeitverzögerung (Bild links).

Mißt du dagegen direkt am "-" Eingang des OPamp liefert die Simulation 
ebenfalls eine Zeitverzögerung von ein paar µsec (Bild rechts).

Du hast fälschlicherweise den Phasengang und die Verstärkung eines OPamp 
in einer invertierenden Verstärkerschaltung gemessen, und nicht den 
Phasengang eines invertierenden Verstärkers!!

Kai Klaas

Autor: Daniel S (Gast)
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Okay, ich werde das am 3.1. nochmals messen und dann berichten!

Autor: I. L. (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Dem Datenblatt zu Folge hat das Teil einen Stromausgang. Eine kapazitive
> Last ist also wahrscheinlich harmlos.

Dem ist leider nicht so, der LA-55 reagiert durchaus auf kapazitive 
Belastung und verursacht unschöne Phasenverschiebungen. Also am Besten 
den 2n da wegnehmen....




Gruß Knut

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Dem ist leider nicht so, der LA-55 reagiert durchaus auf kapazitive
>Belastung und verursacht unschöne Phasenverschiebungen. Also am Besten
>den 2n da wegnehmen....

Das mit der Phasenverschiebung ist klar, das habe ich ja schon 
angesprochen und ausgerechnet. Aber es gibt eben wohl nicht die typische 
Schwingneigung, wie man sie hätte, wenn man an einen Spannungsausgang 
direkt 2nF hängen würde.

Kai Klaas

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