Hallo allerseits,
ich habe eine Schaltung aufgebaut, die sehr kleine Ströme mittels des
Transimpedanzverstärker verstärkt.
Die linke Schaltungsvariante funktioniert nicht. Die rechte
hervorragend.
In der rechten habe ich einen 10Meg Widerstand vom Nichtinvertierten
Eingang des OP gegen GND eingepflegt, in der linken ist er nicht
vorhanden.
Wofür ist der Widerstand gegen GND da?
mfg und vielen Dank
...beim OP sollten die Impedanzen am invertierenden und
nichtinvertierendem Eingang etwa gleich groß sein, damit sich die
Leckströme kompensieren.
So ganz genau weiß ich das jetzt aber aus dem Stehgreif nicht
LG
Uwe
Analog schrieb:> Die linke Schaltungsvariante funktioniert nicht.
Definiere "funktioniert nicht": welches Verhalten weist sie denn auf?
Welches Verhalten hättest du erwartet?
Welchen Sinn soll die ganze Schaltung denn überhaupt haben? Für mich
stellt sie einen Komparator (gegen 0 V) dar, der um ein paar
zusätzliche (bei idealer Spannungsquelle am Eingang wirkungslose)
passive Komponenten erweitert worden ist. Ich kann mir nicht
vorstellen, dass dies deine Absicht war.
Also der Sinn dieser Schaltungsstufe ist wie ich bereits geschrieben
habe, einen Transimpedanzverstärker aufzubauen.
Es wird ein Strom im Bereich von ca. 100nA eingespeist und dieser ergibt
am Ausgang eine Spannung, die dann weiterverarbeitet werden soll.
Wenn der Widerstand gegen GND vorhanden ist, ergibt sich ein schön
verstärktes Signal, welches der Eingangsfuntkion folgt. Wenn der
Widerstand nicht vorhanden ist, dann schwingt der OP wie blöde und das
Ausgangssignal hat nach der SPICE-Simulation absolut garnichts mehr mit
dem Eingangssignal zu tun.
Daher die Frage: Warum isr der R gegen GND wichtig?
Analog schrieb:> Daher die Frage: Warum isr der R gegen GND wichtig?
Daher die Frage: Welchen Baustein benutzt du?
Schon mal das Datenblatt des Bausteins genau gelesen?
Du wärst der erste der da 10MegaOhm einbaut. Das sollte dir zu denken
geben. Wahrscheinlich hast du den falschen Opamp genommen. Der muss x1
stabil sein sonst hat man dauernd Ärger. Wundere mich warum du den Typ
des Opamps verschwiegen hast oder hab ich was überlesen?
Analog schrieb:> Wenn der> Widerstand nicht vorhanden ist, dann schwingt der OP wie blöde und das> Ausgangssignal hat nach der SPICE-Simulation absolut garnichts mehr mit> dem Eingangssignal zu tun.
Und wie sieht's in der Realität aus?
Jörg Wunsch schrieb:> Und wie sieht's in der Realität aus?
ROTL... :-D
Wozu soll "Analog" denn die Schaltung in der Realität aufbauen?
Um zu lernen?
Warum denn Löten, wenn man alles so schön simulieren kann?
Analog schrieb:> ich habe eine Schaltung aufgebaut,
In der Simulation, meinst du?
Im Ernst: diese Schaltung ist in der Realität überaus grenzwertig. Du
ignorierst ganz offenbar, dass trotz aller Theorie in die OP-Eingänge
doch ein Strom hinein (oder auch raus) fließt. Und wenn du da so
unbedarft mit 10MOhm rumhantierst, dann werden dir auch im echten Leben
die Augen aufgehen...
>Die linke Schaltungsvariante funktioniert nicht. Die rechte>hervorragend.
Dann läuft in der Simulatioin irgend etwas schief. Gib uns mal die ganze
Simulation und sage uns, welchen OPamp du verwendest.
>Im Ernst: diese Schaltung ist in der Realität überaus grenzwertig. Du>ignorierst ganz offenbar, dass trotz aller Theorie in die OP-Eingänge>doch ein Strom hinein (oder auch raus) fließt. Und wenn du da so>unbedarft mit 10MOhm rumhantierst, dann werden dir auch im echten Leben>die Augen aufgehen...
Nana, wenn er einen FET-OPamp nimmt, fällt bei 5nA an 10M doch nur 50mV
ab. Viele Integratoren für Rogowski-Spulen arbeiten genau so...
Simuli schrieb:> Nana, wenn er einen FET-OPamp nimmt,
Glaub ich aber nicht.
> fällt bei 5nA an 10M doch nur 50mV ab.
Und aus diesen 50mV ergäben sich dann in der Praxis andere
Schmutzeffekte, die so in der Simulation nicht erkennbar waren...
Die Frage an sich ist doch: was soll denn diese Schaltung überhaupt tun?
Denn da wird was von einem Eingangssignal geschrieben, aber nicht, woher
das kommt, wie es aussieht, und was daraus werden soll....
Analog schrieb:> Transimpedanzverstärker
Nein, nein, nein. Das, was Du da aufgebaut hast, ist - wie schon gesagt
- ein Komparator. Schau mal:
1
Transimpedanzverstärker:
2
3
|\
4
-----|+\_______
5
--|-/ |
6
| |/ |
7
| |
8
---------
Der Ausgang wird bei einem Transimpedanzverstärker also auf den
negativen Eingang des OPVs geführt (-> Gegenkopplung). Der negative
Eingang ist bei dir allerdings auf irgendeiner Spannung und der positive
fest auf 0V.
Das, warum deine Schaltung mit Widerstand angeblich funktioniert, sind
die Eingangsströme deines OPVs oder andere Dreckeffekte, auf die man
sich nicht verlassen kann. Nimm einen Transimpedanzverstärker und nicht
- äh - sowas.
Gruß
Jonathan
Nein Jonathan!
das was DU aufgezeichnet hast ist ein Spannungsfolger!
und das was ICH aufgezeichnet habe ist ein Transimpedanzverstärker!
(...jedenfalls ohne den Widerstand gegen GND, aber prinzipiell müsste es
auch mit diesem ein TIA bleiben.)
Google mal nach den Bildern.
PS.:
Der Kondensator im Rückkopplungszeig realisiert bei mir einen
zusätzlichen Tiefpas und erhöht die Stabilität der Schaltung. Bleibt
trotzdem ein Transimpedanzverstärker.
Analog schrieb:> Es wird ein Strom im Bereich von ca. 100nA eingespeist und dieser ergibt> am Ausgang eine Spannung, die dann weiterverarbeitet werden soll.> Daher die Frage: Warum isr der R gegen GND wichtig?
In deinem Modell fließt vermutlich der selbe Strom aus dem +Eingang
heraus, der in den -Eingang hineinfließt. Und damit erhältst du ohne
den Widerstand eine Offsetspannung. Diese Offsetspannung könnteunschöne
Effekte hervorrufen...
> Warum isr der R gegen GND wichtig?
Er hebt den +Eingang auf den selben Pegel wie den -Eingang...
Lass dir doch einfach mal die Eingangsdifferenzspannung bei beiden
Simulationsdurchläufen ausrechnen und anzeigen.
Nach wie vor unbeantwortet: welchen OP hast du in der Simulation
verwendet?
Analog schrieb:> und das was ICH aufgezeichnet habe ist ein Transimpedanzverstärker!> (...jedenfalls ohne den Widerstand gegen GND, aber prinzipiell müsste es> auch mit diesem ein TIA bleiben.)
Statt hier rumzurechten solltest du endlich die Fragen beantworten!
Aber wahrscheinlich bist du gar nicht an einer Lösung sondern eher an
der Zurschaustellung deiner Genialität interessiert.
Leute lasst den Troll...
>Statt hier rumzurechten solltest du endlich die Fragen beantworten!
Genau!!
>Die Frage an sich ist doch: was soll denn diese Schaltung überhaupt tun?
Völlig richtig! Analog muß jetzt die Hosen runter lassen. Raten tue ich
lieber bei Dalli Dalli...
>Es ist der LT1215.
...der einen input bias Strom von 600nA hat. Bravo!
>Zu Simulationszwecken habe ich schlicht irgendeinen verfügbaren>ausgewählt.
Ja super! Dann brauchst du dich über das Ergebnis ja wohl nicht zu
wundern...
Simuli schrieb:>>Es ist der LT1215.>> ...der einen input bias Strom von 600nA hat. Bravo!
Selbst der typische Wert von 420 nA ist noch groß genug: mit 10 MΩ
multipliziert, sind das stolze 4,2 V.
Allerdings ist ohnehin fraglich, wie exakt das Simulationsmodell
für einen derart grenzwertigen Betrieb noch ist.
...hm ok.
Also in meiner "realen" Schaltung werde ich einen OP mit nur max. 1pA
Bias Current verwenden, und dort habe ich es auch bereits mit diesem
Aufbau (und dem 10Meg) getestet, nur über die Simulationsergebnisse bei
Weglassen des 10Meg habe mich mich immer gewundert.
Mag mir einer erklären, wie man mit dem Bias-Current umzugehen hat?
Welche Einschränkungen ergeben sich aus einem hohen BiasCurrent und was
folgt daraus für den Schaltungsaufbau?
Offenbar scheinen 500nA BiasCurrent ja relativ viel zu sein, was mir
aber erst jetzt bewusst wird...
Analog schrieb:> Mag mir einer erklären, wie man mit dem Bias-Current umzugehen hat?
Wie funktioniert ein OP und eine OP Schaltung? Stichwort: Ausregeln daß
an den beiden Eingängen eine Spannungsdifferenz von 0 ist.
Was bedeutet das Ohmsche Gesetz: U=I*R
Analog schrieb:> Mag mir einer erklären, wie man mit dem Bias-Current umzugehen hat?
Man muß wissen, dass es sowas gibt. Und dass der irgendwie in die
Iengänge fließen kann.
> Welche Einschränkungen ergeben sich aus einem hohen BiasCurrent
Eine hohe Offsetspannung.
> und was folgt daraus für den Schaltungsaufbau?
Du mußt zur Symmetrierung den zweiten 10MOhm Widerstand einbauen.
ok, danke.
Darf ich daraus nun die Schlussfolgerung ziehen, dass der 10Meg gegen
GND nötig ist, weil der BiasCurrent in die Größenordnung meines
eigentlich zu verstärkenden Messstromes gekommen ist, und durch den
Einbau des 10Meg der BiasCurrent "in die Knie gezwungen" wurde, so dass
er dann nicht mehr stören konnte?
Darf ich im Umkehrschluss folgern, dass ein Widerstand gegen GND
grundsätzlich keine negativen Einflüsse auf die Schaltung ausübt, aber
im Falle eines hohen BiasCurrent die damit einhergehenden Probleme
beseitigt?
Meine mal irgendwo gehört zu haben, dass der nicht-invertierte Eingang
gelegentlich so beschaltet wird, wie ich es oben getan habe, nur der
Grund war mir bisher nicht geläufig.
kommen bei dieser Beschaltung auch Nachteile, ide ich bisher nicht
erkannt habe?
Lothar Miller schrieb:>> Welche Einschränkungen ergeben sich aus einem hohen BiasCurrent> Eine hohe Offsetspannung.
Nö, das ist ja nicht der Offset-Strom. Der Biasstrom ist einfach
der Basisstrom, der in die Eingangstransistoren fließt. Der
verursacht halt Spannungsabfälle, u. a. eben auch am Gegenkopplungs-
widerstand.
Einen bipolaren OPV kann man einfach nicht mit derartig riesigen
Widerständen (sinnvoll) betreiben. Vermutlich ist der später
gewünschte OPV einer mit FET-Eingängen (wobei JFETs auch Restströme
haben, vor allem bei höheren Temperaturen). Dann hätte man für die
Simulation auch einen FET-OPV nehmen müssen, um zumindest annähernd
vergleichbare Ergebnisse zu bekommen.
>Darf ich daraus nun die Schlussfolgerung ziehen, dass der 10Meg gegen>GND nötig ist, weil der BiasCurrent in die Größenordnung meines>eigentlich zu verstärkenden Messstromes gekommen ist, und durch den>Einbau des 10Meg der BiasCurrent "in die Knie gezwungen" wurde, so dass>er dann nicht mehr stören konnte?
Der Grund für diesen Widerstand ist ganz einfach: Oft fließt aus beiden
Eingänge ein Strom, eben der sogenannte Biasstrom, der laut Definition
bei beiden Eingängen gleich ist (die Differenz beider Biasströme ist der
Offsetstrom). Wenn man jetzt an beiden Eingängen gleich große
Widerstände hat, hebt sich der Einfluß beider Biasströme, nämlich die
Entstehung einer zusätzlichen Offsetspannung, in erster Näherung weg.
Lediglich der Offsetstrom verursacht jetzt noch eine nicht
verschwindende Offsetspannung.
Das war und ist ein probates Mittel um mit bipolaren OPamp die
Offsetspannungen zu verringeren, wenn man mal mit größeren
Beschaltungswiderständen arbeiten muß. Da dieser zusätzliche Widerstand
die Schaltung aber oft instabil bzw. störanfällig macht, lötet man in
der Regel diesem Widerstand noch einen Cap parallel. Damit ist die
HF-Impedanz kräfitg verringert und die Schaltung stabilisiert.
Heute gibt es FET-Opamp oder CMOS-OPamp, die diesen zusätzlichen Aufwand
vermeiden helfen, weil deren input bias currents sehr gering sind.
>Also in meiner "realen" Schaltung werde ich einen OP mit nur max. 1pA>Bias Current verwenden,...
Welchen denn?
>was bedeutet guarden in diesem Kontext?
Du legst um den invertierenden Eingang des OPamp einen Leiterbahnring,
den du mit Masse verbindest. Du kannst das Layout natürlich auch in eine
Massefläche einbetten. Schau auch mal hier:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01258a.pdf
Analog schrieb:> Zu Simulationszwecken habe ich schlicht irgendeinen verfügbaren> ausgewählt.
Ja ich nehm auch einfach immer irgendwelche OpAmps, Widerstände und
Kondensatoren wenn ich was aufbaue.
10n ist etwas 10µ ist doch ungefähr auch 10m, auf jeden fall
0.00irgendwas das ist doch egal sind nur nachkommastellen.
...also jetzt muss ich mal zu meiner Verteidigung ausholen:
Erstens sollte eine OP-Amp-Schaltung grundsätzlich mit jedem Opamp in
etwa das selbe Verhalten zeigen, schließlich wird deren Verahalten durch
die Beschaltugn gesteuert und sollte eben nicht durch das theoretisch
perfekte Bauteil eingeengt werden. Auch mit dem besseren OP-Amp wäre ich
ohne die Kenntnis der Bias-Ströme über dasselbe Problem gestolpert, bzw.
ich hätte ebenfalls darüber stolpern können. Wahrscheinlicher ist aber,
dass es nicht aufgetaucht wäre und mir, sowie zukünftigen Fragestellern
und stillen mitlesern dieses Wissen dann in einem späteren Projekt
fehlen könnte.
Zweitens ist die Liste der zur Verfügung stehenden OPamps in Spice nicht
besonders gut sortiert und ein Filter, welches es mir ermöglicht,
Parameter zu setzen, die meinem eigenen Bauteil nahe kommen, habe ich
bisher ebenfalls vergeblich gesucht.
mfg
Analog schrieb:> Erstens sollte eine OP-Amp-Schaltung grundsätzlich mit jedem Opamp in> etwa das selbe Verhalten zeigen, schließlich wird deren Verahalten durch> die Beschaltugn gesteuert und sollte eben nicht durch das theoretisch> perfekte Bauteil eingeengt werden.
Falsch.
Die Formeln mit denen man die Beschaltung berechnen kann, beziehen sich
fast ausschließlich auf den idealen OPV. In keiner werden Biasströme,
Offsetspannungen, Bandbreiteprodukt, Aussteuergrenzen usw.
berücksichtigt. Es ist somit die Aufgabe des Entwicklers diese
Nichtidealitäten zu kennen und in seiner Planung zu berücksichtigen.
Das die Schaltungen meistens trotzdem funktionieren liegt wohl eher
daran, dass die meisten Schaltungen die Performance der OPs nicht
ausreizen. In deinem Fall willst du aber Ströme messen, die kleiner sind
als der Input bias current mancher ICs sind. Dann muss man wieder
aufpassen bei der Wahl des OPVs.
Das konntest du vorher noch nicht wissen aber dafür weist es jetzt und
kannst es in deiner Planung mit einbeziehen.
LG Christian
Analog schrieb:> Zweitens ist die Liste der zur Verfügung stehenden OPamps in Spice nicht> besonders gut sortiert
Vermutlich meinst du hier LTspice. Tja, das ist halt darauf gezüchtet,
ein Marketinvehikel für Linear zu sein und erst in zweiter Linie eine
allgemeine Simulationssoftware. Dafür haben sie sich die Möglichkeit
geschaffen, ihre Modelle in herrlichen Blackboxen zu hinterlegen, die
zwar möglicherweise die reale Schaltung besser abbilden als klassische
Spice-Modelle (wie man an deinem Beispiel sehen kann), aber es ist
dann schwerer, ein Modell für ein Bauteil zu finden, das nicht von
LT stammt. Ist ja auch nicht gewollt, du sollst schließlich LT kaufen
und nicht Analog, TI oder Maxim.
>Erstens sollte eine OP-Amp-Schaltung grundsätzlich mit jedem Opamp in>etwa das selbe Verhalten zeigen,...
Tut sie auch, "in etwa". Nein, für jeden OPamp gibt es ein erlaubtes
Spektrum an funktionierenden Beschaltungen. Und was für den einen OPamp
geht, funktioniert nicht unbedingt mit einem anderen! Und 10M in der
Umgebung eines bipolaren OPamp ist in jedem Fall grenzwärtig...
Analog schrieb:> Erstens sollte eine OP-Amp-Schaltung grundsätzlich mit jedem Opamp in> etwa das selbe Verhalten zeigen
Das funktioniert schon deshalb grundsätzlich nicht weil jeder OPV ne
andere Slew Rate zum Beispiel hat. Und wenn du jetzt nicht weiß was ne
Slew Rate ist dann musst du noch verdammt viel lernen über OPVs.
OP-Schaltung.PNG
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