Kondensator parallel zu Operationsverstärkereingang

#2287325
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Hallo zusammen,

ich habe eine Operationsverstärkerschaltung für einen Subtrahierer 
gefunden und etwas an dem Schaltplan erstaunt mich: zwischen den beiden 
Eingängen hängt parallel zum OpAmp ein Kondensator. Jetzt frage ich 
mich: was bewirkt der dort? Normalerweise müsste ein Entstörkondensator 
doch auf Masse abfließen, oder? Auch aus meinen Spice-Simulationen werde 
ich nicht schlauer.

Vielleicht weiß jemand Rat, das wär toll :)

Liebe Grüße
#2287355
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Es könnte sein, das er zusammen mit dem Kondensator in dem 
gegenkopplungszweig eine Selbsterregung unterdrücken soll, die bei 
Operationsverstärker auftreten, die bei einer eingestellten Verstärkung 
von unter 5 nicht mehr stabil arbeiten.

Es gibt in der Tat solche OPs die man extern kompensieren muss.

Welchen OP verwendest du?

Ralph Berres
#2287373
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Der OP37 scheint bei einer Verstärkung von 1 nicht stabil zu arbeiten. 
Das könnte problematisch sein. Die Phasendrehung im Bodediagramm darf er 
dann mehr als 135° erreichen, wenn die Leerlaufverstärkung schon lange 
auf 0 abgefallen ist, sonst neigt die Schaltung zum schwingen.

Muss es denn so ein extrem schneller OP sein? Versuche es doch mal mit 
einen OP07. Der benimmt sich wesentlich gutmütiger.

Simulieren kann man es wenn man genau das Modell des OPs verwendet.

Ralph Berres
#2287517
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Miriam K. schrieb:
> Ahaa! Hätte nicht gedacht, dass OpAmps in der Praxis doch so sensibel
> sein können!

Die meisten verhalten sich doch gutmütig. Die sind dann für eins 
Verstärkung kompensiert. Aber das ist halt immer ein Kompromiss. Will 
man spezielle Eigenschaften wie hohe Slewrate und Breitbandigkeit kommt 
man nicht um eine individuelle Kompensation nicht herum. Aber das sind 
aber Ausnahmen.
#2287609
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Miriam K. schrieb:
> Was ist denn Einstrahlfestigkeit?

Wenn ein Rundfunksender seine HF in den Verstaerkereingang einstrahlt 
z.B.
Die Anschlusskabel wirken dann als Antenne. Kommt dann noch ein 
PN-Übergang ins Spiel wird diese HF gleichgerichtet. Dadurch verschieben 
sich Arbeitspunkte der Schaltung. Die HF wird dabei demoduliert. Das ist 
im allgemeinen nicht erwünscht ausser in Rundfunkempfänger. Kleine 
Kondensatoren an den Eingängen der Schaltung leiten diese HF dann im ab 
bevor sie Störungen in der Schaltung verursacht. Das ganze ist auch als 
EMV Elektormagnetische Verträglichkeit bekannt. Auch kleine HF Drossel 
(Ferritperlen) können sowas verhindern.
Gast #2287672
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Stawito schrieb:
> 100pF ..200pF direkt am Eingang eines OPV verbessert deutlich die
> Einstrahlfestigkeit. HF wird sonst gerne an den Eingängen
> gleichgerichtet und erzeugt einen DC Fehler.

Das hilft aber nur wenn man die BE-Strecken der Eingangstransistoren 
HF-mäßig kurzschließt. (Je nach NPN oder PNP-Eingang müßte also noch der
invertierende Eingang gegen -15 oder +15V geblockt werden).

Gruß Anja
Gast #2287778
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>ich habe eine Operationsverstärkerschaltung für einen Subtrahierer
>gefunden und etwas an dem Schaltplan erstaunt mich: zwischen den beiden
>Eingängen hängt parallel zum OpAmp ein Kondensator. Jetzt frage ich
>mich: was bewirkt der dort? Normalerweise müsste ein Entstörkondensator
>doch auf Masse abfließen, oder? Auch aus meinen Spice-Simulationen werde
>ich nicht schlauer.

Keine Ahnung was dieser unsägliche Cap dort bewirken soll. Man findet 
ihn hauptsächlich in sehr alten Schaltungen aus der Anfangszeit der 
OPamp. Die Simulation zeigt, daß er zu einer erheblichen 
Destabilisierung der Gegenkopplung führt und jede OPamp-Schaltung 
notorisch instabil macht. Dieser Cap an dieser Stelle ist eine völlige, 
geistige Niederlage...
#2287828
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Ina schrieb:
> Die Simulation zeigt, daß er zu einer erheblichen
>
> Destabilisierung der Gegenkopplung führt und jede OPamp-Schaltung
>
> notorisch instabil macht. Dieser Cap an dieser Stelle ist eine völlige,
>
> geistige Niederlage...

In den allermeisten Fällen hast du recht. Je nach dem wie der OP die 
Phase dreht, kann der aber auch eine Selbsterregung verhindern.

Es hängt auch ein bischen von der äuseren Beschaltung ab.

Ralph Berres
Gast #2288292
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>In den allermeisten Fällen hast du recht. Je nach dem wie der OP die
>Phase dreht, kann der aber auch eine Selbsterregung verhindern.
>
>Es hängt auch ein bischen von der äuseren Beschaltung ab.

Ja, und zwar im Sinne von Helmut:

>Meistens wird abere in Reihe zu C1 noch ein Widerstand von einigen 100
>Ohm geschaltet.

Der Cap öffnet für hohe Frequenzen dann nämlich einen Pfad für den 
besagten zusätzlichen Widerstand, sodaß die Noise Gain des 
dekompensierten OPamps gerade auf den Minimalwert hochrutscht. Und das 
Ganze funktioniert auch nur bei ganz bestimmten Schaltungen und 
Beschaltungswiderständen.

Aber hier wurde einfach ein Cap zwischen die OPamp-Eingänge gelegt, 
getreu dem Motto: "Haja, der OPamp verstärkt ja die Spannung zwischen 
seinen Eingängen und ein Cap dort kann Hf blocken." Aber so funktioniert 
ein OPamp nicht, weil die Spannung am "-" Eingang durch die 
Gegenkopplung erzeugt wird, und da will der OPamp keine unzulässigen 
Phase Lags, genau das, was so ein irrer Cap dort aber gerade anrichtet.

In einer normalen OPamp-Schaltung ist ein solcher Cap so unnütz wie ein 
Kropf. Wer der Schaltung etwas Gutes tun will, macht sie erst mal 
deutlich niederohmiger, schaltet einen geeignten Cap parallel zu R4 und 
optimiert C2. Und natürlich setzt man keinen OP37 ein, wenn die Noise 
Gain viel kleiner als die Mindestverstärkung des dekompensierten OP37 
ist.

Schwingneigung bekämpft man übrigens nicht mit so einem dümmlichen Cap, 
sondern mit einer hochwertigen Entkopplung der Versorgungsspannungen. 
Die üblichen 100nF Caps dort sind immer nur die Minimallösung. Oft 
profitiert ein OPamp von zusätzlichen Tantals oder Elkos, in Verbindung 
mit RC-Filter bildenden Serienwiderständen. Gute Mischpulte arbeiten so.
#2288517
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Ina schrieb:
> Schwingneigung bekämpft man übrigens nicht mit so einem dümmlichen Cap,
>
> sondern mit einer hochwertigen Entkopplung der Versorgungsspannungen.
>
> Die üblichen 100nF Caps dort sind immer nur die Minimallösung. Oft
>
> profitiert ein OPamp von zusätzlichen Tantals oder Elkos, in Verbindung
>
> mit RC-Filter bildenden Serienwiderständen. Gute Mischpulte arbeiten so.

Das gilt aber nur wenn der OP intern ausreichend kompensiert ist.

Ich gebe dir recht, das man generell die Betriebsspannungsanschlüsse 
direkt am IC abblocken sollte. Da genügt in der Regel der von dir 
zitierte 100nF Kondensator. Allerdings sollte zumindest in der näheren 
Umgebung gerne gemeinsam für mehrere OPs ein Elco von ein paar 
Mikrofarad paralell geschaltet sein, um die Entkopplung der 
Betriebsspannung auch noch für niedrige Frequenzen zu garantieren. Bei 
mehrstufigen Verstärker mit hoher Gesamtverstärkung ist es ratsam die 
Betriebsspannung untereinander nochmal zu entkoppeln, durch RC Glieder 
mit ausreichender Zeitkonstante. Wenn man dann keine groben Fehler beim 
Layouten macht, schwingt auch nichts.

Ich habe schon sowohl große Studiomischpulte ( 32/16/2 ) gebaut als auch 
Verstärker mit über 100db Verstärkung.

Ich würde allerdings keine nicht kompensierte OPs nehmen wenn man nicht 
extrem große Bandbreiten benötigt.

Achtung auch der so gerne genommene NE5534 ist erst ab einer 
Spannungsverstärkung von 5 stabil. Darunter neigt er zum schwingen. Da 
nützt dann auch das Abblocken der Betriebsspannung nichts. Da muss man 
extern kompensieren.

Ralph Berres
Gast #2288544
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>Achtung auch der so gerne genommene NE5534 ist erst ab einer
>Spannungsverstärkung von 5 stabil.

Ja, ab einer Verstärkung von 3 ist er stabil. Und Kompensieren geht ja 
auch einfach, mit einem 22...33pF Cap über Pin5 und Pin8.

Vielleicht kommt Miriam ja noch mal zurück und sagt uns, wo sie die 
Schaltung her hat. Ich habe so eine Schaltung zuletzt in einem Laney 
Mischer gesehen, an einem Mikrofonverstärker mit TL072 (was ja schon ein 
Widerspruch in sich ist!). Ich durfte das Teil reparieren, weil man 
Radio damit hören konnte. Und rate mal, welcher Cap wohl daran schuld 
war??
#2289493
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Hallo,
der Subtrahierer ist Bestandteil der analogen Vorverarbeitung von 
Eingangssignalen einer AD-Karte, welche ich als Teil meiner 
Bachelorarbeit überarbeiten soll.
Damals konnte mir niemand im Institut sagen, weshalb der Kondensator 
dort hinmusste. :-/ Da er den Ausgang auch wie verrückt zum Schwingen 
brachte, musste ich ihn nochmal kompensieren. ><
Ich musste neue Opamps für die Karte raussuchen, weil die alten Mist 
waren und habe mich damals für den Op37 entschieden. Er erschien mir gut 
und günstig.
Die Versorgungsspannung ist schon genügend entstört, das hab ich einfach 
nur nicht mit ins Schema gemacht.
Parallel zu R4 befindet sich auch schon ein C um die verrückte 
Phasenverschiebung "auszugleichen".

Besonders zufrieden bin ich auch noch nicht mit der Schaltung. Wenn man 
sie in der Simulation und im Realversuch mit Rechtecksignalen füttert, 
dann ist die Anstiegszeit der Flanke unerträglich lange. Dafür ist das 
Signal nicht so verzerrt wie in der Originalkarte.

Ich werde mal ein paar der hier genannten Vorschläge simulieren und 
ausprobieren.

Danke an alle für die Antworten und Ideen :D
Angehängte Dateien:
#2289509
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Miriam

Schmeise die ganzen Kondensatoren im Signalzweig mal komplett raus, 
mache die Widerstände mal niederohmiger und versuche dann erst mal mit 
einen Kondensator parallel zum Gegenkopplungswiderstand den OP ruhig zu 
bekommen.

Den Kondensator kann man solange vergrößern, bis ein Rechteckimpuls 
gerade kein Überschwingen mehr zeigt.

Nehme dir erst die erste Stufe vor, und wenn am Ausgang der 1 Stufe das 
Rechtecksignal ohne Überschwingen mit einer maximal möglichen Steilheit 
erscheint, nehme dir die zweite Stufe vor, und mach da das selbe.

Das was in der Schaltung zu sehen ist, ist Murks.

Wie Ina schon bemerkte, ist der Kondensator zwischen + und - Eingang 
eher kontraproduktiv. Ein Kondensator von 220pF ( oder ist es nF ) 
parallel zu einen 47Kohm Widerstand bewirkt eine obere Frequenzgrenze 
von ca 15KHz.

Ralph Berres
Gast #2289652
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>Damals konnte mir niemand im Institut sagen, weshalb der Kondensator
>dort hinmusste. :-/ Da er den Ausgang auch wie verrückt zum Schwingen
>brachte, musste ich ihn nochmal kompensieren. ><

Schau dir die Bilder im Anhang an, dann weißt du, warum das geschwungen 
hat...

>Ich musste neue Opamps für die Karte raussuchen, weil die alten Mist
>waren und habe mich damals für den Op37 entschieden. Er erschien mir gut
>und günstig.

Der OP37 ist dekompensiert und nur für Spezialanwendungen geeignet. 
Wahrscheinlich kannst du auch einen TL052 einsetzen?

>Besonders zufrieden bin ich auch noch nicht mit der Schaltung. Wenn man
>sie in der Simulation und im Realversuch mit Rechtecksignalen füttert,
>dann ist die Anstiegszeit der Flanke unerträglich lange.

Wegen den vielen Caps. Wie schnell soll denn die Anstiegszeit sein?
Angehängte Dateien:
#2289669
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Ja, mir ist das schon alles klar.
Ich hätte damals bei der Auswahl des OpAmps genauer schauen sollen :-/ 
Außerdem muss das Institut den erstmal bestellen und man nimmt natürlich 
erstmal das was man da hat. Aber selbst auf Wikipedia steht ja, dass man 
den OP37 nicht verwenden soll. Naja, was gelernt.

Ina schrieb:
> Wegen den vielen Caps. Wie schnell soll denn die Anstiegszeit sein?

Nicht größer als die alte Karte ;)
Zur Not mach ich halt alles wieder niederohmiger um die Zeitkonstante 
weiter zu verkleinern. Vielleicht kann ich mir dann auch den letzten 
Entstörkondensator einsparen. Der macht ja alles nochmal lahm.

Leider muss ich mich ja auch noch um die FPGA-Programmierung kümmern, 
deshalb wird die Hardware erstmal hintenangestellt.
#2289787
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So 25µs.

Naja, es ist halt so mit Spice kann ich daheim arbeiten, die 
FPGA-Programmierung kann ich nur im Institut machen. Die ist auch fast 
fertig.

Deshalb mach ich das jetzt parallel. Und ich denk mal, jetzt wo ich weiß 
was so alles falsch ist wirds recht schnell gehen. Dann muss nur noch 
der Operationsverstärker schnell hier ankommen...

Irgendwie ist die Planung der Bachelorarbeit ein bisschen durcheinander 
o.O
Angehängte Dateien:
#2289832
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Ina schrieb:
>>25 usek Steilheit schaffst du ja schon mit eine TL071. der ist ganz
>>unproblematisch und gutmütig.
>
> Genau. Ich hatte den TL052 vorgeschlagen, weil es diesen zusätzlich noch
> mit relativ kleiner Offsetspannung gibt, falls das wichtig ist.

Da hätte ich dann noch eine Alternative. Den OP27. Der müsste das auch 
noch schaffen. Und ist extrem driftarm.

Ralph Berres
#2289969
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Der erste OpAmp dient eher als Impedanzwandler denn als Subtrahierer, da 
der eine Eingang ja auf Masse liegt. Aber theoretisch könnte man da auch 
noch ne Spannung anlegen. Es wird dann mit Bezug auf die gemessen.
Die zweite Schaltung bereitet das Signal für den AD-Wandler. Der hält 
nur ne Spannung von 1,5-3,5 aus und die Skala ist invertiert. Die 
Schaltung dämpft also das Eingangssignal von -10 bis 10 Volt auf 3,5 bis 
1,5 runter.
Gast #2290285
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Ich würde das mal so wie im Anhang machen (an die Stelle von V5 kommt 
eine Referenzspannungsquelle wie der LM385-2,5 zum Einsatz).

Aus der Schaltung ist ganz absichtlich nicht das Äußerste an 
Geschwindigkeit herausgekitzelt worden, weil du sagtest, daß 25µsec 
Anstiegszeit ok sind. Hier sind es rund 5µsec, das sollte reichen. Dafür 
sind die OPamp-Schaltungen in der Gegenkopplung sauber phasenkorrigiert 
worden und werden garantiert nicht schwingen, wenn das halbwegs sauber 
aufgebaut wird.

Am Ausgang bin ich davon ausgegangen, daß die kapazitive Last durch den 
1nF Cap im wesentlichen vollständig bestimmt ist. Zum Schutz des 
nachfolgenden Eingangs finden sich 1A Schottkydioden, was schon fast 
Overkill ist.

R8 ist im Gegensatz zu deinem Entwurf INNERHALB der Gegenkopplung 
plaziert, sodaß Spannungsabälle an ihm, beispielsweise durch 
niederohmige Lasten oder die teilweise beträchtlichen Sperrströme von 
Schottkydioden mit ausgeregelt werden und nicht das Wandlungsergebnis 
verfälschen.

Wenn man für die Widerstände 1%-ige oder sogar 0,1%-ige Ausführungen 
wählt, dürfte man sich den lästigen und unzuverlässigen Abgleich mit 
Trimmmern ersparen können.

Wenn man die Schaltung schneller machen will, sollte man deutlich 
niederohmiger fahren. Aber da das hier nicht erforferlich ist, habe ich 
die Schaltung mal "mittelohmig" dimensioniert.
Angehängte Dateien:
Gast #2291926
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> Damals konnte mir niemand im Institut sagen, weshalb der
 > Kondensator dort hinmusste.

 ( > ...Bestandteil der analogen Vorverarbeitung von Eingangssignalen
   > einer AD-Karte)

 Der Entwickler hatte ursprünglich bestimmt vor, den OP42 einzusetzen.

 Kleiner Hinweis auf das Datenblatt des OP 42:
 Seite 11, Figure 6: DAC Output Amplifier Circuit.
Gast #2292545
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>Der Entwickler hatte ursprünglich bestimmt vor, den OP42 einzusetzen.
>
>Kleiner Hinweis auf das Datenblatt des OP 42:
>Seite 11, Figure 6: DAC Output Amplifier Circuit.

Das, was da im Datenblatt des OP42 gezeigt wird, ist eine unvermeidliche 
Streukapazität des DAC-Ausgangs, die lediglich als zusätzliches Bauteil 
eingezeichnet ist. So, wie auch eine Fotodiode eine unvermeidliche 
Sperrschichtkapazität besitzt, die ebenfalls in einer OPamp-Schaltung 
berücksichtigt werden muß.

Die besprochene Kapazität in Miriams Schaltung ist aber keine 
unvermeidliche Streukapazität, sondern vielmehr eine absichtlich dort 
eingefügte Kapazität, die der Schaltung etwas Gutes tun soll. Leider hat 
der Entwickler übersehen, daß eine Kapazität dort kontraproduktiv ist.
Moderator #2293017
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Flow schrieb:
> Also nein, Ina
> hast Übersetzungsschwierigkeiten. Die Erklärung wird im DB ausführlich
> gegeben: es wird (in diesem Fall) eine zusätzlicher ´adjusted C´
> notwendig.

Der adjusted C ist aber der, der im Gegenkopplungszweig liegt. Der "Kon-
densator" zwischen den Opamp-Eingängen heißt Cin. Cin ist kein Bauteil,
sondern setzt sich aus der DAC-Ausgangs-, der Opamp-Eingangskapazität
und Streukapazitäten zusammen. C hat die Aufgabe, den negativen Einfluss
von Cin auf die Stabilität der Schaltung zu kompensieren.
Gast #2293022
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>hast Übersetzungsschwierigkeiten.

Nö.

>Die Erklärung wird im DB ausführlich gegeben: es wird (in diesem Fall)
>eine zusätzlicher ´adjusted C´ notwendig.

Hast du überhaupt gechecked, von welchem Cap wir es hier haben?? Es geht 
um "C1" von Miriams 1. Schema. Dein "ajusted C" sitzt dagegen in der 
Gegenkopplung und nicht an den Eingängen!
Gast #2293050
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Interessant. Im Link nach unten scrollen bis

Q: Can op amps that aren’t unity-gain stable be used at unity-gain? The 
OP37 is a great amplifier, but it must be used in a gain of at least 5 
to be stable.

A: You can use such op amps for lower gains by tricking them. Figure 18


http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/capacitive_loading.html

Dort wird diese Technik erläutert.

Oder als PDF, Seite 5.

http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-06/capacitive_loading.pdf
#2293345
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--- schrieb:
> A: You can use such op amps for lower gains by tricking them. Figure 18
>
>
> http://www.analog.com/library/analogdialogue/archi...
>
> Dort wird diese Technik erläutert.
>
> Oder als PDF, Seite 5.
>
> http://www.analog.com/library/analogdialogue/archi...

Ja in verbindung mit einem ohmischen Widerstand geht das. Aber das habe 
ich schon gesagt.

Beitrag "Kondensator parallel zu Operationsverstärkereingang"

Dabei muss dann das Verhaeltnis von diesem Widerstand zum 
Gegenkopplungswiderstand groesser als die Mindestverstaerkung sein. Dann 
sieht der OP nur diese hoehere Verstaerkung. Damit das nicht die 
DC-Stabilitaet verschlechtert wird ein kleiner C damit in Reihe 
geschaltet.

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