verrauschtes Signal bei Addierer

[Flori (Gast)]

Hallo zusammen,

nachdem ich nun schon den ganzen Tag an meiner invertierenden 
Summierverstärker-Schaltung scheitere, suche ich mal hier um Hilfe.

Die Aufgabe ist einfach: Ich möchte einen DC Offset (0.2-10V) zu einer 
AC Spannung (0.2-1V) addieren. Dazu habe ich eine Gleichspannungsquelle 
und einen Funktionsgenerator. Der Gain soll eins sein, deshalb habe ich 
3 500kOhm Widerstände verwendet. Als Versorgungsspannung für den OPV 
steht eine +-12V (bis 100mA) Spannungsquelle zur Verfügung, welche 
speziell für OPVs und stabil ist.

Nun zu meinem eigentlichen Problem. Wenn ich die Schaltung mit einem 741 
OPV zusammenbaue, funktioniert sie einwandfrei bis zu einer Frequenz von 
ca. 50KHz (siehe Bild1). Da ich gerne auch höhere Frequenzen zur 
Verfügung hätte, habe ich den OPV einmal durch einen LT1227 und in einem 
anderen Versuch durch einen LM318 ersetzt, welche eine höhere Bandbreite 
haben sollen. Ich beiden Fällen wird die sowohl die Ausgangsspannung als 
auch die eingehende Wechselspannung jedoch vollkommen verrauscht (siehe 
Bild2). Auch eine Reduzierung der Widerstände auf 1.5kOhm brachte keine 
Veränderung.

Hat irgendjemand eine Idee wo das Problem ist?

Viele Grüße und vielen Dank im vorraus!

Flo

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Flori schrieb:
> Hat irgendjemand eine Idee wo das Problem ist?
Im Aufbau.
Zeig mal deinen Schaltplan und die Umsetzung in der Hardware (Foto).

> 741 ... durch einen LT1227 und in einem anderen Versuch durch einen
> LM318 ersetzt, welche eine höhere Bandbreite haben sollen.
Und auch haben. Und dementsprechend gern schwingen...

[Udo S. (urschmitt)]

Ich tippe auf viel zu hochohmig (500K)

Vertragen die OPs Verstärkungsfaktor = 1 oder sind sie da instabil?
Das Datenblatt sagt dir mehr.

[Flori (Gast)]

Schonmal vielen Dank für die schnelle Antwort. Anbei mein Schaltplan als 
Skizze, ich hoffe man kann alles erkennen.

Gruss

Flo

[Flori (Gast)]

Der LM318 hat laut Datenblatt eine Unity Gain Bandwidth von 15MHz. Wenn 
ich die Widerstände auf 1.5kOhm reduziere bekomme ich leider auch kein 
besseres Signal hin.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Sieht die Versorgungsspannung (direkt am IC gemessen) genauso eklig aus?
Wenn ja, dann solltest du erst einmal dort ansetzen (Stützkondensatoren
näher ans IC usw.)

Dann kannst du versuchen, das Schwingen durch einen Kondensator (20pF
bis 1nF) parallel zum Gegenkopplungswiderstand wegzubekommen.

Der Aufbau spielt natürlich auch eine Rolle.

[Udo S. (urschmitt)]

Was mir gerade noch auffällt, wenn du 1V Wechsel und bis 10V Offset 
addiierst dann reichen dir 12V Versorgung beim LM318 nicht. Der kommt 
nur bis 2-3V an die Versorgungsspannung ran, du bräuchtest also eher 
+-15V Versorgung.
Das erklärt aber dein Problem nicht, oder hattest du den Offset auf 10V 
stehen?

[Kai K. (klaas)]

Der LM318 ist ein wenig kritisch. Ich bin sicher, daß die Schaltung 
schwingt, weil die "phase margin" viel zu klein ist. Normalerweise wird 
der LM318 noch "feedforwad" kompensiert. Ich empfehle mal einen Blick 
ins Datenblatt...

Auf jeden Fall mal einen Cap einfügen, wie Yalu bereits erwähnt hat. 
Etwas in der Größenordnung der Streukapazität vom "-" Eingang nach 
Masse, also rund 10...30pF dürften schon reichen. Dann müssen die 
Widerstände so plaziert werden, daß der Abstand zum "-" Eingang des 
OPamp minimal ist.

Und dann ist natürlich zu fragen, warum hier derart hochohmig gearbeitet 
werden muß. Das ist natürlich völlig unpraktisch. 5...10k ist angesagt 
bei einem so schnellen OPamp.

Am Ausgang sollte man noch einen Schwingschutzwiderstand von 50...220R 
einfügen und die Betrioebsspannungsentkopplung muß natürlich einwandfrei 
sein. Am besten RC-Glieder verwenden, wenn die Versprgungsspannung von 
außerhalb kommt. 100R/47µF_Elko//100n_X7R sollten reichen.

[Flori (Gast)]

Dass die Spannungsversorgung nicht ganz ausreicht, weiss ich, aber ist 
erstmal nur zum Test, evtl reichen auch 8-9V. Die Spannungsversorgung 
schaut etwa aus wie im angehängten Bild (von +12V auf GND gemessen). Sie 
könnte sicher stabiler sein. Der parallelgeschaltete Kondensator hat das 
Signal auch nicht verbessert.

Bisher steckt alles noch in einem IC-Testsockel mit so kleinen 
Anschlussklemmen. Macht es vielleicht Sinn, den OPV zunächst fest 
einzulöten und die Zuleitungen mit BNC Kabel/Bananenstecker zu legen?

Mich wundert halt einfach dass der Aufbau (nur OPV im Testsockel 
ausgetauscht) wunderbar mit dem 741 aber gar nicht mit dem LM318 
funktioniert.

[Uwe (Gast)]

Öhm ich seh da jetz so mal auf die schnelle 1 Vss Rauschen auf den 12V.
Auf dem Ausgangssignal sind auch 1 Vss Rauschen zu sehen bei Unity Gain.
Hmmm

[Udo S. (urschmitt)]

Flori schrieb:
> Mich wundert halt einfach dass der Aufbau (nur OPV im Testsockel
> ausgetauscht) wunderbar mit dem 741 aber gar nicht mit dem LM318
> funktioniert.

Weil der so schnell ist, daß er mit

Flori schrieb:
> Bisher steckt alles noch in einem IC-Testsockel mit so kleinen
> Anschlussklemmen.

Dann sind die parasitären Kapazitäten wohl entsprechend höher

Flori schrieb:
> Der parallelgeschaltete Kondensator hat das Signal auch nicht verbessert.
Was meinst du? Entkopplung der Versorgung, oder ein C parallel zum 
Rückkopplungswiderstand? Wenn zweiteres, wie groß hast du den gemacht, 
versuch mal einen Wert 3 mal so groß.

[Uwe (Gast)]

Ne da waren ja 4 Vss zu sehen.
Probier mal ein paar Kondensatoren zu Entkoppeln und nimm doch testweise 
mal nen anderes Netzteil.

[Kai K. (klaas)]

>Bisher steckt alles noch in einem IC-Testsockel mit so kleinen
>Anschlussklemmen. Macht es vielleicht Sinn, den OPV zunächst fest
>einzulöten und die Zuleitungen mit BNC Kabel/Bananenstecker zu legen?

Also, wenn da irgendwelche längeren Kabel am OPamp hängen, kannst du das 
mit einem LM318 knicken! Das muß wirklich ein kompakter Aufbau sein.

Mach doch einfach mal ein Foto von deinem ganzen Aufbau. Mir schwant da 
nämlich Fürchterliches...

[Flori (Gast)]

Nochmal danke für die vielen Antworten. Ich habe den OPV mittlerweile 
einigermassen kompakt verlötet. Die einzig langen Kabel sind nun noch 
von der Spannungsversorgung, den Eingangsspannungen sowie der Ausgang 
zum Oszi. Außerdem habe ich noch einen Kondensator (100pF) parallel zum 
Rückkopplungswiderstand geschaltet. Jetzt schaut es schon besser aus 
(siehe Bild). Ich werde morgen nochmal Stützkondensatoren für die 
Spannungsquelle hinzufügen.

I'll keep you posted!

Gruss

Flo

[Michael L. (Gast)]

Hallo Flori,

> Ich werde morgen nochmal Stützkondensatoren für die
> Spannungsquelle hinzufügen.
Das wird dann vermutlich auch das Problem lösen.
Ich würde je einen Elko (z. B. 47µF) parallel mit einem kurzbeinigen 
Keramikkondensator (z. B. 100nF) wählen.

Viele Grüße
Michael

[Kai K. (klaas)]

Mach am "+" Eingang des OPamp einen zentralen Massepunkt hin und führe 
alle 0V Anschlüsse der Schaltung zu diesem Punkt, so wie im Anhang 
gezeigt.

In den Versorgungsspannungleitungen siehst du RC-Glieder. Die müssen 
unmittelbar beim OPamp angeschlossen werden. Am Ausgang siehst du einen 
100R Widerstand. Der muß unmittelbar am OPamp angeschlossen werden. Die 
Widerstände R1, R2 und R3 sowie C5 werden so angeschlossen, daß die 
Entfernungen zum "-" Eingang und zum Ausgang des OPamp so kurz wie 
irgendmöglich sind.

Dann mußt du die Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen strikt räumlich 
voneinander trennen. Für längere Leitungen müssen eigentlich 
abgeschirmte Kabel verwendet werden, wobei der Kabelschirm wieder am 
zentralen Massepunkt angeschlossen wird. Wenn das nicht geht, dann 
sollten die beiden Drähte, also Signal und 0V zumindest verdrillt 
werden.

Mit einem solchen Aufbau sollte die Schaltung dann eigentlich 
funktionieren.

[Flori (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe die Schaltung von Kai nachgebaut, dann war zunächst der 
Wechselspannungsanteil im Ausgangssignal stark gedämpft, aber nicht mehr 
verrauscht. Dann habe ich den Kondensator zum Rückkopplungswiderstand 
entfernt, da ich mir nicht sicher war, ob ich einen 100nF statt 100pF 
eingebaut hatte und hab die Schaltung nochmal ohne diesen Kondensator 
ausprobiert und plötzlich hat die Schaltung einwandfrei funktioniert 
(siehe Bild. Es lag also wohl an Schwankungen in der 
Versorgungsspannung. Ich bekomme Ausgangsspannungen bis 10V und bis 
130kHz läuft das ganze stabil. Bei höheren Frequenzen wird das 
Sinussignal leicht verstärkt und leicht verzerrt, aber bis 5MHz war 
zumindest kein Rauschen feststellbar. Ist dann wahrscheinlich eher ein 
Problem des OPV.

Hiermit möchte ich allen noch einmal für die nützlichen Hinweise danken, 
besonders natürlich Kai! ICh hab auf jeden Fall viel gelernt! ;-)

Viele Grüße,

Flo

[Kai K. (klaas)]

>Bei höheren Frequenzen wird das Sinussignal leicht verstärkt und leicht 
>verzerrt, aber bis 5MHz war zumindest kein Rauschen feststellbar. Ist
>dann wahrscheinlich eher ein Problem des OPV.

Probiere mal C5=22p. Damit sollte der Anstieg im Frequenzgang schwächer 
ausfallen.