Hallo, anbei eine Schaltplan der mir kleine Rätsel aufgibt. Es handelt sich um eine Zweileiterschaltung die das 0,9-4,5 VDC Signal in einen eingeprägten Strom von 4-20 mADC umwandelt. Leider schwingt das ganze recht übel am Pin 7 um einige 100mVss. Es scheint teilweise abhängig zu sein mit welcher 24VC Quelle gespeist wird. Bei einer Speisung per 24 VDC Akku sind die Schwingungen stärker als bei einem elektronischen (Trafo) Netzteil. Scheint also an der Impedanz der Spannungsquelle zu liegen. Oder an Störungen die den OP zum Schwingen anregen. Der +5V Stabi MAX6035 braucht eigentlich keinen extra Kondensator am Ein- oder Ausgang. Man kann aber einen setzen. Die 220pF von C5 am OP Ausgang können es ja auch nicht sein weil sie ohmsch vom Ausgang entkoppelt sind. Ich vermute der LMV358 ist da etwas empfindlicher als sein stromfressender großer Bruder LM358. Die Diode D2 musste ich mal einfügen weil sonst die Schaltung nach dem einschalten gerne mal gegen den oberen Vorsorgungsanschlag lief und nicht mehr zurück kam. Ich bin leider auch nicht fit genug um mal schnell das Bode-Diagramm abzuleiten. Das könnte ja vielleicht eine 180° Phasendrehung aufzeigen die ja zum Schwingen notwendig wäre. Hat jemand konstruktive Vorschläge zur Lösung? Ich wäre für einen Tip dankbar :-)
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Der (-) Eingang vom OP liegt auf GND vom OP. Da kann keine Gegenkopplung wirken. So gesehen arbeitet der OP mit seiner vollen Verstärkung. Ist das beabsichtigt ?
Das (-) vom OP an GND liegt ist so richtig und die Schaltung funktioniert ja auch zeitweise wenn sie nicht manchmal anfängt übel zu schwingen.
Mal einen C am Eingang vom MAX6035 probiert? Wenn die Schwingneigung schon deutlich von irgendwelchen Spannungsquelleneigenschaften abhängt, sollte man da mal probieren. Evtl. wäre auch ein kleiner C direkt zwischen OP-Out und OP- dämpfend.
Es wäre ein Wunder, wenn die Schaltung nicht schwingen würde, weil der 358 intern für eine Schleifenverstärkung von 1 ohne jegliche zusätzliche Phasendrehung im Rückkoppelnetzwerk korriegiert ist. In deiner Schaltung tritt so viel Phasendrehung auf (R1T2C5,R2C9), dass es nicht gehen kann.
Die Tatsache, dass die Querströme von IC1 und IC2 in das Gesamtverhalten der Anordnung mit eingehen, machen die Schaltung schwer berechenbar. Irgenwo muss ja noch eine Masse zu den +24VDC existieren. Und von dieser Masse täte ich mal einen Kondensator zum Ausgang Deiner Stromquelle schalten. C8 auch mal absichtlich entfernen.
@GB
> ...und C8 sitzt auch schön nah an den Beinchen 4 und 8 des OpAmps?
Auf jeden Fall. Soweit es ein SOIC Gehäuse eben zulässt :-)
@ArnoR: > Es wäre ein Wunder, wenn die Schaltung nicht schwingen würde, weil der > 358 intern für eine Schleifenverstärkung von 1 ohne jegliche zusätzliche > Phasendrehung im Rückkoppelnetzwerk korrigiert ist. In deiner Schaltung > tritt so viel Phasendrehung auf (R1T2C5,R2C9), dass es nicht gehen kann. Ich kann ja mal R1, C5 und C9 entfernen. Mal schauen ob das etwas bringt. Den Hinweis auf die Schleifenverstärkung finde ich auf jeden Fall interessant. Danke!
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Ich habe mal mit TINA eine Stabilitätsanalyse versucht. -> 4...20mA.PNG Der Analyse zu Folge ist die Schaltung phasenmäßig völlig instabil. Ich habe deshalb eine "phase lead" Korrektur probiert. -> 4...20mA_mod.PNG Das Resultat ist eine stabile Phase mit genügend "phase margin" bis 1MHz. Die Korrektur-Elemente bestehen aus dem 9k1 Widerstand und dem 1nF Cap. -> op_schaltung_mod.PNG Die von dir eingefügte Diode hat zusätzlich einen schlechten Einfluß auf den Phasengang. Schuld hierfür ist ihre Sperrschichtkapazität. Die habe ich mit dem 4k7 Widerstand etwas isoliert. Der 9k1 Widerstandswert erscheint merkwürdig, ist aber so gewählt, daß sich eine näherungsweise Biasstrom-Kompensation ergibt, da der LMV358 ordentliche Eingangsströme zieht. Wird statt des LMV358 eine CMOS-Version gewählt, kann der 4k7 Widerstand ebenso wie der 9k1 Widerstand auf 10k erhöht werden. Jetzt sollte die Schaltung eigentlich funktionieren.
Nachtrag: Wenn man die anderen Eingangskapazitäten des OPamp mitberücksichtigt, relativiert sich die Geschichte etwas und es sieht so aus, als ob man den 4k7 Widerstand auch ganz weglassen kann. Dann verwende statt des 9k1 Widerstands einen 4k3 Widerstand. Der Cap sollte zwischen 470pF und 2,2nF liegen.
@Elena > Der 9k1 Widerstandswert erscheint merkwürdig, ist aber so gewählt, daß > sich eine näherungsweise Biasstrom-Kompensation ergibt, da der LMV358 > ordentliche Eingangsströme zieht. Eigentlich ist der LMV358 schon der CMOS Typ com LM358. Wichtig war damals auch unbedingt den von STM zu nehmen weil der von National und Texas nicht bis oben an die Versorgung gehen konnte. Ich denke mal am besten sollte es gehen wenn man vom LMV358 ein Spice Modell einbindet. Ich danke Dir für die viele Arbeit und den Einblick in die Materie.
@Elena
> Ich habe mal mit TINA eine Stabilitätsanalyse versucht. -> 4...20mA.PNG
Ich habe da noch eine Frage bzgl. der Simulation. Welche Knotenpunkte
nimmt man wenn man das Bodediagramm korrekt aufnehmen möchte? Richtig
wäre ja Ein- und Ausgang des OP. Also Pin 5 und 7? Das ist per
Definition so oder ergibt sich aus der konkreten Schaltung?
Für eine Stabilitätsanalyse nach Nyquist musst du die "Regelschleife" auftrennen und an der Trennstelle zum OP-Eingang hin einspeisen und vor der Trennstelle messen. mfg
>Eigentlich ist der LMV358 schon der CMOS Typ com LM358. Der hat aber BJT an den Eingängen mit den üblicherweise großen Eingangsströmen, ist also kein echter CMOS. >Ich habe da noch eine Frage bzgl. der Simulation. Welche Knotenpunkte >nimmt man wenn man das Bodediagramm korrekt aufnehmen möchte? Richtig >wäre ja Ein- und Ausgang des OP. Also Pin 5 und 7? Das ist per >Definition so oder ergibt sich aus der konkreten Schaltung? Bei der Phasenstabilitätsanalyse geht es darum, die Phasenlage zwischen dem echtem, internen Ausgangssignal und dem Signal zwischen den Eingängen des OPamp festzustellen. Wegen der gewöhnlichen Kompensation des Frequenzgangs von OPamps, darf die Phasenverschiebung bei mittleren Frequenzen maximal -90° werden, bei höheren Frequenzen, je nach "phase margin" des OPamp -60°...-45°. Um genügend Reserve gegenüber den Unbestimmtheiten einer solchen Schaltung zu haben, also der ganzen Streukapazitäten, etc., dimensioniere ich meine Schaltungen so, daß bei niedrigen Frequenzen maximal -60° auftreten dürfen und bei der Grenzfrequenz maximal -30°. Das hat sich in der Praxis sehr bewährt. Das Problematische an diesem Phasengang ist, daß man ihn nicht direkt messen kann, weil man niemals das echte, interne Ausgangssignal des OPamp abgreift, sondern immer nur hinter der "open loop" Ausgangsimpedanz von ein paar 100R. Genau genommen kommt der reale OPamp in der Simulation garnicht vor, sondern lediglich die "open loop" Ausgangsimpedanz und die Eingangskapazitäten findet man in der Simulation wieder. Und die Leerlaufbandbreite des OPamp bestimmt bis zu welcher Frequnez die Stabilitätsanalyse durchzuführen ist. Anschließend schaut man dann, ob die simulierte Phasenlage mit der "phase margin" des OPamp konveniert. Jetzt setze mal diesen 4k3 Widerstand und den 1nF Cap ein und überprüfe, ob die Schaltung jetzt arbeitet.
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