op dual supply als single supply betreiben

[Andi (Gast)]

Hallo,
ich bin grad ein bischen am LT Spice rumspielen. Und da hab ich grad mal 
ein bischen mit OP- Schaltungen rumgetüftelt.
Dabei ging es mir vorwiegend um die unterschiedlichen Arten der 
Spannungsversorgung. Wie ihr in meinem Anhang sehen könnt, habe ich 
dafür den OP LT1007 ausgewählt. Dieser benötigt laut Datenblatt eine 
symmetrische Spannungsversorgung von +/- 22V.

Da ich gerade ausprobieren wollte, ob man diesen OP auch als Single 
Supply betreiben kann, habe ich ihn lediglich mit einer 
Spannungsversorgung von 44V betrieben und dabei den virtuellen 
Massepunkt über einen Spannungsteiler auf 22V gehalten.
Als Testsignal habe ich einen Sinus von 30mV Amplitude nichtinvertierend 
verstärkt.

Die Schaltung funktioniert soweit. Nur stellt sich mir jetzt die Frage, 
warum man denn überhaupt die Bezeichnungen Single/Dual- Supply 
unterscheidet, wenn man auch einen Dual-Supply OP mit nur einer 
Betriebsspannung betreiben kann.

Kann man das generell mit allen dual-supply-OP so machen, wie ich es 
hier gemacht habe?

Gruß Andi

[MaWin (Gast)]

Dual Supply OpAmps kommen mit dem Ausgang weder an die positive 
Versorgungsspannung (sondern blieben meist so 1.5V drunter),
noch an die negative versorgungsspannung (sondern bleiben meist 1.5V 
drüber) noch können ihre Eingänge Signale knapp unter der positiven 
Versorgungsspannung messen und auch keine Eingangssignale knapp an der 
negativen Versorgungsspannung verstehen.

Single Supply OpAmp können wenigstens mit dem Ausgang knapp bis an 0V 
heran (falls sie keinen Strom aufnehmen müssen) und können 
Eingangsspannungen messen die bis runter zur negativen 
Versorgungsspannung reichen.

Rail-To-Rail OpAmps kommen am Eingang und am Ausgang bis knapp an die 
Versorgungsspannungen ehran.

Ob das Spice Modell das richtig simuliert, ist nicht garantiert.

[HildeK (Gast)]

Andi schrieb:
> Kann man das generell mit allen dual-supply-OP so machen, wie ich es
> hier gemacht habe?

Ja. Zumindest mit fast allen. Es mag Sonderausführungen geben, aber für 
die Standard-Teile geht das (fast) so. Der 100k-Spannungsteiler ist 
nicht das Gelbe vom Ei - man verwendet hier gerne einen aktiven Teiler 
mit einem OPA zur Erzeugung eines virtuellen GNDs (→Forensuche). Du 
kannst auch die Ein- und Ausgänge mittels C DC-entkoppeln und -V als GND 
definieren, wenn du AC-Signale verarbeiten willst.

Dass auch in Datenblättern gelegentlich von Singel-Supply-OPAs die Rede 
ist, kann ich nur darauf zurückführen, dass diese häufig dann auch R2R 
sind und auch mit kleinen Betriebsspannungen funktionieren. Das hat zwar 
nicht wirklich etwas miteinander zu tun, aber die 5V-Welt ist eben oft 
nur Single-Supply.

Andi schrieb:
> Dieser benötigt laut Datenblatt eine
> symmetrische Spannungsversorgung von +/- 22V.

Nein, das ist bereits seine Schmerzgrenze (absolute maximum ratings).
Bei nur wenig mehr kann er bereits kaputt sein.
Die Datenblattwerte sind bei ±15V angegeben, auch mit ±10V wird er noch 
prächtig funktionieren - mit bis zu ±6V Ausgangsspannung.
In einer realen Anwendung sind also Werte zwischen ±10V und ±18V gut und 
brauchbar.

[Fralla (Gast)]

Stichwort "Phase Reversal"

[Jens G. (jensig)]

@Fralla (Gast)
>Stichwort "Phase Reversal"

Dies bedarf einiger Erläuterungen von Dir ...

@Andi (Gast)
Die Schaltung mag zwar irgendwie funktionieren, aber da die Rückkopplung 
auch den Spannungsteiler verbiegt, und damit praktisch sich Deinem 
Eingangssignal überlagert, dürfte die errechnete Verstärkung mit der 
üblichen Formel nicht stimmen. Ich denke, hier hast Du einen 
"Fast-"Oszillator aufgebaut, wegen der impliziten Mitkopplung.
Soll er als AC-Verstärker dienen, muß man daher noch Spannungsteiler mit 
einem C entkoppeln, damit er der AC nicht folgen kann.
Oder aber den 1k nicht auf den Spannungsteile führen, sondern einfach 
über einen C gegen Masse.

[Fralla (Gast)]

>Dies bedarf einiger Erläuterungen von Dir ...

Google: "Phase Reversal opamp"

Ist einfach gesagt, die umkehrung der Vorzeichen der Eingänge, wenn ein 
OP-Amp in die nähe der rails getrieben wird.
Und dies tritt eben auch vermehrt auf, wenn ein dual supply op-amp als 
Single Supply verwendet wird und die Eingangsspannung sich GND (neg 
Rail) nähert, siehe Anhang.

MFG

[Andi (Gast)]

So, jetzt hab ich die Schaltung mal auf beide Varianten getestet. Hier 
die LT Spice Screenshots der beiden Varianten.
Also bei den Simulationen kann ich jetzt keinen Nutzen von dem 
zusätzlichen Kondensator feststellen.

[HildeK (Gast)]

Andi schrieb:
> Also bei den Simulationen kann ich jetzt keinen Nutzen von dem
> zusätzlichen Kondensator feststellen.

Und, was ist mit der Phasenverschiebung? Hast du den Kurvenverlauf von 
t=0 an angeschaut?

Erstens gehört der C (im µF-Bereich!) parallel zu R2 gelegt und 
zweitens, mach mal eine Last von 1kΩ nach GND an den Ausgang deines 
OPAs.

[Jens G. (jensig)]

@Andi (Gast)

Nein, nicht so. Sondern den C parallel zu R2. Und dann viel größer , so 
daß die Zeitkonstante R4C1 deutlich größer wird als die kleinste zu 
übertragende Frequenz. Also eigentlich schon so richtung 47µ oder so.
Allerdings wirst Du vielleicht nicht direkt eine Änderung sehen, weil Du 
vermutlich die Spannungen gegenüber der (künstlichen) Mittenspannung 
messen tust. Ist ja eigentlich auch richtig, aber messe mal die 
Mittenspannung gegen einen der Betriebsspannungsanschlüsse. Da dürfte 
sich ebenfalls so fast dieselbe Wechselspannung wie am Ausgang des OPV 
zeigen. Effektiv hat also der OPV eine viel höhere Ausgangsspannung 
gegenüber + oder -. Das würde die nächste Stufe dann auch so sehen, wenn 
sie Ihr Bezugspotential nicht vom selben Spannunsteiler bezieht, sondern 
ihre eigene Masse hat. Und um das zu verhindern, sollte ein C an diese 
Mittenspannung ran (am besten zwei C's gegen beide Betriebsspannungen).

[Jens G. (jensig)]

@Fralla (Gast)

>>Dies bedarf einiger Erläuterungen von Dir ...

>Google: "Phase Reversal opamp"
>...

Sorry, da hatte ich irgendwie nur an Phasengang gedacht, nicht so sehr 
an die Phasenumkehr bei Aus-/Übersteuerung.
Nun ja, ob dieser Effekt wirklich noch bei heutigen OPV in Massen 
auftritt, da bin ich mir nicht so ganz sicher ...

[HildeK (Gast)]

Besser ist diese Variante im Anhang, auch wenn dabei mehr große Cs 
benötigt werden. Diese Beschaltung benötigst du auch, wenn du sog. 
Single-Supply-OPAs verwendest - nur geht dort die Aussteuergrenze nahe 
an GND und VCC für Ein- und Ausgang.

Die künstliche Masse nur mit Spannungsteiler und einem (oder zwei) Cs zu 
machen, erfordert auch große Cs und ist bei niedrigen Frequenzen nicht 
rückwirkungsfrei.

Wenn du schon eine künstliche Masse einführen willst/musst, dann zitiere 
ich mich selber nochmal:

HildeK schrieb:
> man verwendet hier gerne einen aktiven Teiler
> mit einem OPA zur Erzeugung eines virtuellen GNDs (→Forensuche)

[Fralla (Gast)]

>Nun ja, ob dieser Effekt wirklich noch bei heutigen OPV in Massen
>auftritt, da bin ich mir nicht so ganz sicher ...

Was sind heutige OPVs? Auch ein TL082/84 ist heute noch oft im Einsatz.
Aber egal wer einen OPamp der nicht für singlesupply gemacht ist so 
Versorgt und in die Rails fährt, der macht sowieso etwas falsch.
Mir ist der Effekt gut in Errinnerung, da ich das mal im Regler eines 
stärkeren Netzteils hatte -> Totale Zerstörung...

[HildeK (Gast)]

Fralla schrieb:
> Aber egal wer einen OPamp der nicht für singlesupply gemacht ist so
> Versorgt und in die Rails fährt, der macht sowieso etwas falsch.

Es ist doch völlig egal, wie er versorgt wird. Wenn du an die Rails 
kommst, gibts das Problem - ob Single- oder Dual-Supply.

[Fralla (Gast)]

>Es ist doch völlig egal, wie er versorgt wird. Wenn du an die Rails
>kommst, gibts das Problem - ob Single- oder Dual-Supply.

Beides ist nachlässig. Und hab nie gesagt, dass das eine das andere 
voraussetzt. Jedoch machen manche den Phase Reversal noch extremer 
(früher) wenn Single Supply..

[HildeK (Gast)]

Fralla schrieb:
> Jedoch machen manche den Phase Reversal noch extremer
> (früher) wenn Single Supply..

Woher weiß der OPA denn, dass er Single-Supply versorgt wird und über 
irgend eine andere Art seinen Bias bekommt? Gar nicht! Also kann er sich 
auch nicht unterschiedlich verhalten...