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
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...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.
spotti schrieb: > Uwe S. schrieb: >> Stehgreif > > Bitte vorsichtig behandeln steht unter Naturschutz. ...oh - tatsächlich: http://woerter.germanblogs.de/archive/2009/10/12/stehgreif-oder-stegreif-beliebter-fehler-bei-einem-veralteten-wort.htm
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?
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Anbei nohc das Ausgangssignal bei gleichem Eingangssignal einmal mit einmal ohne den Widerstand gegen GND.
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.
Analog schrieb: > Es ist der LT1215. Hallo, nimm den LT1055 für die Simulation. Dann funktioniert es auch ohne diesen Widerstand.
>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?
Vergiß nicht zu "guarden", damit nicht Fremdströme in die Gegenkopplung fließen.
>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
Simuli schrieb: > http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01258a.pdf Allerdings finde ich die Guardtechnik in dem PDF sehr zweifelhaft. z.B. Figure 25. Der Guard für den Impedanzwandler hängt direkt am nicht invertierenden Eingang. Damit können die Leckströme sich erst recht auf den Eingang auswirken. Besser wäre es den Guard mit dem Ausgang/invertierenden Eingang zu verbinden. Beim noninverting Gain Amplifier ist es das gleiche Problem. Besser ist die Technik wie hier beschrieben: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc6042.pdf http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa128.pdf LG Christian
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.
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