OPA380 Offset Regelung und Spannungsdrift

[Steffen J. (deldri)]

Hey,

das ist mein erster Beitrag in diesem Forum und ich hoffe er ist richtig 
geschrieben und an der richtigen Stelle ;)

Folgendes Problem:

In meiner Receiver-Stufe (Anhang) driftet mein Vout über die Zeit ab 
(ebenfalls Anhang).
Ich ahbe bereits am Transmitter einige Änderungen vorgenommen, aber der 
Drift kommt eindeutig vom Receiver.
Die Messung lief über 30min.
Wie zu sehen ist die Zeitkonstante SEHR hoch. Ich frage mich woher das 
kommt. Zusätzlich ist mir aufgefallen, dass Vout gepulst ist. Alle 100us 
geht die Spannung auf 0V runter.
Diese Zeit würde mit der internen Offset Regelung des OPA380 
übereinstimmen. Dementsprechend habe ich am Ausgang einen 1uF 
Kondensator eingebaut. Leider verzerrt sich das Signal nur zum 
schlechteren hin...

Nun zu der eigentlichen Frage:
habt ihr eine Idee, wie ich die Offset-Regelung unterdrücken kann, 
sodass sie mir nicht in den Ausgang mit reinmischt? Des weiteren: Kann 
der Spannungsdrift vll eine andere Ursache haben? Ich bin bisher davon 
ausgegangen, dass der Drift am OPA380 liegt und die Peaks irgendwie über 
den Spannungsregler aufintegriert werden. Das würde zumindest die 
langsame Zeitkonstante erklären, da die Peaks nur ca 10us lang sind und 
alle 100us kommen.

Ich sag jetzt schon mal danke für eure Hilfe. Nicht nur in diesem 
Thread, sondern auch in anderen, die ich zeitweise verfolgt habe.

Hoffe die Bilder haben "sinnvolle Bildgröße" ;)


Steffen

Ach ja: Der uC in der Schaltung sollte eigntl keine Rolle spielen.


edit1:
Der Spannugnsregler ist ein LM2936 für 5V

[Steffen J. (deldri)]

Ich sollte vll keinen gepolten Kondensator zum filtern nutzen.....

[Kai K. (klaas)]

Im Datenblatt des LM2936 steht doch ausdrücklich, daß 10µF am Ausgang 
erforderlich sind, wenn das Teil stabil laufen soll.

>Dementsprechend habe ich am Ausgang einen 1uF Kondensator eingebaut.
>Leider verzerrt sich das Signal nur zum schlechteren hin...

Vom Ausgang nach Masse? Das geht garnicht!

Warum setzt du denn den Bias-Eingang nicht auf eine Spannung leicht 
größer als 0V, so wie im Datenblatt diskutiert?

[Stampede (Gast)]

Kondensator über R1 zur Kompensation fehlt auch.

[deldri (Gast)]

Von Ausgang zu Masse:
Damit meinte ich, dass ich am Ausgang des OPAMPs einen Kondensator gg 
Masse eingebaut habe..Warum sollte das nicht gehen?

Zu dem 10uF:
Die Receiver-Stufe ist das einzige in der Schaltung, das noch orginal 
ist. Ich arbeite nun mal an dem Sensor nur weiter. Dementsprechend habe 
ich mich nicht so ausführlich mit dem LM2936 beschäftigt, wie mit 
anderen bauteilen.
Aber das ist auf jeden fall shcon mal sehr hilfreich.

Habe heut nachmittag noch einen aktiven Tiefpass zweiter Ordnung 
entworfen. Morgen wird er mit dem Ausgang des OPs verbunden. Denke damit 
kann ich die störenden "Offset-Regelungs-Peaks" filtern. Den 10uF 
Kondensator werde ich auch noch einbauen.

Vielen Dank.

Ich werd morgen meine und eure Änderung integrieren und euch sagen, wie 
es lief. Aber ich bin recht zuversichtlich, dass es klappt. Hatte heute 
nur leider nicht mehr genug Zeit.


Steffen

[Kai K. (klaas)]

>Damit meinte ich, dass ich am Ausgang des OPAMPs einen Kondensator gg
>Masse eingebaut habe..Warum sollte das nicht gehen?

Lies noch mal aufmerksam das Datenblatt des OPA380 durch. Suche nach 
Begriffen wie "load capacitance" und "capacitive load"...

[Steffen J. (deldri)]

Kai Klaas schrieb:
> Lies noch mal aufmerksam das Datenblatt des OPA380 durch. Suche nach
> Begriffen wie "load capacitance" und "capacitive load"...

Da gibts den Verweis zu "Typical Characteristics" und dort diverse 
Kurven.

Allerdings muss ich zugeben, dass ich nun doch nciht so tief in der 
Materie drin stecke um die Bedeutung der Kennlinie voll und ganz 
nachvollziehen zu können.

Soll heißen, dass eine gewisse kapazitive Last "nicht zulässig" ist? Wie 
schauts aber dann mit  einem aktiven Filter aus? Der belastet den OPAMP 
ja auch kapazitiv...
Der aktive Filter, den ich morgen einabuen werde ist ein 2-stufiger 
Bessel-Filter...

Steffen

edit:
Wenn ich laut der Kurve davon ausgehe, dass meine Transimpedanz mit 
einem 1uF gg 0 geht, stimmt das aber nciht mit meinem gemessenen Signal 
überein.
Nachdem ich noch n ungepolten Keramik Kondensator am Ausgang des OPs gg 
Masse gelegt habe, hat sich an der Amplitude nix geändert. Lediglich die 
Peaks wurdne geglättet (wie ja erwartet) Aber einen Einfluss auf die 
Transimpedanz hatte es eigentlich nicht...

edit2:
Liegt vll auch daran, dass am Ausgang Gleichspannung anliegt und mich 
die Bandbreite und die Verstärkungsreserve recht wenig interessieren 
dürfte... ;)

[Kai K. (klaas)]

>Allerdings muss ich zugeben, dass ich nun doch nciht so tief in der
>Materie drin stecke um die Bedeutung der Kennlinie voll und ganz
>nachvollziehen zu können.

Naja, es gibt bei zunehmender kapazitiver Belastung ein immer größer 
werdendes Überschwingen, bis es schließlich im wilden Schwingen endet.

>Soll heißen, dass eine gewisse kapazitive Last "nicht zulässig" ist?

Für ein direktes Anschließen einer großen kapazitiven Last vom Ausgang 
nach Masse ist ein normaler OPamp nicht gebaut. Es muß nicht immer im 
Schwingen enden, aber wirklich stabil ist die Schaltung keinesfalls.

>Wie schauts aber dann mit einem aktiven Filter aus? Der belastet den >OPAMP ja 
auch kapazitiv...

Da sind die Caps in der Regel durch Widerstände "isoliert".

[Gregor B. (Gast)]

Hallo, zwei Dinge sind mir sofort aufgefallen:
1. Du hast keinen Block-Kondensator am OPA380.
Lt. Datenblatt will der mindesten 1µF Keramik-Kondensator als 
Block-Kondensator haben.
2. Du hast auch keinen Block-Kondensator am µC...

[Steffen J. (deldri)]

Sooo. Jetzt mal der neue Stand der Dinge:
Als 5V Spannungsregler habe ich nun den L7805 verwendet.
Der OP ist wie bisher auch beschaltet. Die 1uF Kapazität hat das Signal 
zwar nicht sonderlich verbessert, aber ich habe ihn trotzdem drin 
gelassen.
Die Peaks, die entstehen, wenn der OPA380 sienen Offset regelt habe ich 
mit einem 2stufigen aktiven Tiefpass mit doppelter Polstelle bei 1kHz 
rausgefiltert.
Den uC habe ich derzeit rausgelassen, da ich vorerst eine saubere 
Ausgangsspannung, die später am ADC liegt, haben wollte.

Übriges rauschen von 100mV Peak-to-Peak auf 50Hz stammt vom Netz. Habe 
die Schaltung nun an einer 9V-Batterie angeschlossen. Leider gibt es bei 
dem Probeaufbau doch ein bisschen Kabelsalat, sodass diese wie eine 
Antenne wirken.

Ergo bleiben nur noch 2 Probleme:
Den mechanischen Aufbau anpassen, damit die Photodiode sein Optimum 
erreicht und die EMV-Verträglichkeit gewährleisten (Schaltung wird in 
Zukunft noch mit SMDs gebaut).

Beide Probleme sind eher mechanischer Herkunft und haben hier eher wenig 
zu suchen.

Auch wenn ich die Probleme auf andere Weise gelöst habe, bedanke ich 
mich bei euch für eure Hilfe. Für die Zukunft wird es mir sicher 
trotzdem helfen.

Steffen

@Mod: Kann dann auch geschlossen werden :)

[Kai K. (klaas)]

>Von Ausgang zu Masse:
>Damit meinte ich, dass ich am Ausgang des OPAMPs einen Kondensator gg
>Masse eingebaut habe..Warum sollte das nicht gehen?

Die Simulation im Anhang zeigt, daß ein 1µF Cap vom Ausgang nach Masse 
nicht besonders hilfreich ist. Simuliert wurde ein rechteckförmiger 
Fotodiodenstrom von 1kHz und 100nApp.

>Die Peaks, die entstehen, wenn der OPA380 sienen Offset regelt habe ich
>mit einem 2stufigen aktiven Tiefpass mit doppelter Polstelle bei 1kHz
>rausgefiltert.

Die Simulation zeigt keine solchen Peaks, allenfalls ein leichtes 
Überschwingen, das aus einer nicht kompensierten "phase lag" in der 
Gegenkopplung resultiert. Mit einer einfachen 4p7 "phase lead" Kapazität 
läßt sich das leicht beheben. Allerdings bringt bereits der 10M 
Widerstand rund 0,1...0,3pF Streukapazität mit, was schon reichen 
dürfte.

[Steffen (Gast)]

Kai Klaas schrieb:
> Die Simulation zeigt keine solchen Peaks

Theorie und Praxis streiten sich ganz gerne...Bin nach wie vor der 
Meinung, dass die Peaks durch den Offset kommen. Jedenfalls stimmt die 
Frequenz exakt überein. Und andere Frequenzen in dem Bereich gibt es in 
der Schaltung nicht. Grundsätzlich gibt es in der Schaltung nur 2 
Frequenzen... 0Hz und 50Hz durchs Netz...

Habe grade eine längere Messung mit der neuen Schaltung vorgenommen.
Der Spannungsdrift ist doch noch da..Aber geringer...

Langsam denke ich eher, dass das ebenfalls mechanischer Herkunft ist. 
Evtl langsame Erwärmung der Glasfaser durch das eingestrahlte Licht?!

Hat jemand Erfahrung mit einem solch langsamen "Einschwing"-Verhalten?
Da es soooo langsam und kontinuirlich ist bereitet es mir doch einige 
Kopfschmerzen.

Im Anhang ist der aktuelle Drift zu sehen. Die Schaltung liegt derzeit 
in der Wärmekammer um danach noch eine Test laufen zu lassen

[Steffen (Gast)]

Kai Klaas schrieb:
> Die Simulation zeigt keine solchen Peaks

Theorie und Praxis streiten sich ganz gerne...Bin nach wie vor der 
Meinung, dass die Peaks durch den Offset kommen. Jedenfalls stimmt die 
Frequenz exakt überein. Und andere Frequenzen in dem Bereich gibt es in 
der Schaltung nicht. Grundsätzlich gibt es in der Schaltung nur 2 
Frequenzen... 0Hz und 50Hz durchs Netz...

Habe grade eine längere Messung mit der neuen Schaltung vorgenommen.
Der Spannungsdrift ist doch noch da..Aber geringer...

Langsam denke ich eher, dass das ebenfalls mechanischer Herkunft ist. 
Evtl langsame Erwärmung der Glasfaser durch das eingestrahlte Licht?!

Hat jemand Erfahrung mit einem solch langsamen "Einschwing"-Verhalten?
Da es soooo langsam und kontinuirlich ist bereitet es mir doch einige 
Kopfschmerzen.

Im Anhang ist der aktuelle Drift zu sehen. Die Schaltung liegt derzeit 
in der Wärmekammer um danach noch einen Test laufen zu lassen

[Christian S. (christianstr)]

Wie weit erwärmt sich der OPA380 im Betrieb? Der BIAS Strom ist 
Temperaturabhängig, auf Seite 5 des Datenblatts kannst du das sehen. 
Vielleicht passt ja der Temperaturverlauf des OPAs in deiner Schaltung 
mit der Änderung des BIAS Stromes zusammen.

Gruß Christian

[Kai K. (klaas)]

Zeige uns doch mal einen aktuellen Schaltplan von deinem Projekt. Ist da 
etwa immer noch dieser unsägliche 1µF Cap am Ausgang nach Masse??

[Steffen J. (deldri)]

Kai Klaas schrieb:
> Zeige uns doch mal einen aktuellen Schaltplan von deinem Projekt. Ist da
> etwa immer noch dieser unsägliche 1µF Cap am Ausgang nach Masse??

natürlich nicht :P sonst würd der OP ja wieder so nett schwingen... ;)

an christian: V_Bias ist 0V..Werde es mir morgen aber dennoch mal 
ansehen.

ICh weiß nicht inwiefern ich jetzt noch die Schaltung posten kann, da 
einiges doch noch unter den Sperrvermerk fällt. Anderseits ist vom 
Sensor bis auf den OPA380 nichts mehr im Orginalzustand..

Wir gehen nun davon aus, dass der Spannungsdrift mechanisch bedingt an 
einem anderen Bauteil liegt, das an dieser Stelle nciht weiter erläutert 
werden soll/darf.
Der Spannungsdrift ist relativ willkürlich...Mal läuft die Spannung als 
e-Funktion nach oben, mal nach unten. Mal ist es eine e-Funktion und ein 
anderes mal fällt die Spannung am Ausgang nach einer gewissen Zeit 
konstant um 1mv/min ab/steigt. Es scheint wirklich vollkommen 
willkürlich zu sein. Da auf Grund technischer Begebenheiten das 
entscheidende Bauteil mit unseren Anforderungen NICHT existiert, ist es 
im Grunde eh unsinnig den Sensor auf dieser Grundlage weiter zu 
entwickeln. Er könnte zu funktion gebracht werden. Allerings ließe sich 
der Sensor dann leicht austricksen, da er nur auf Referenz-Werten 
basiert und die physikalische Grundlage nicht merh vorhanden ist (Da ein 
Bauteil dem wichtigsten Parameter NIE entsprechen wird)...
Warum ich den Sensor dennoch auf dieser Grundlage weiter entwickeln soll 
ist mir zwar selber etwas schleierhaft, aber vll geht es auch einfach 
nur darum zu sehen was "ich draus mache"...Aber da es dennoch eine Menge 
Spaß macht und ich viel dabei lerne, möchte ich mich da auch nicht quer 
stellen.

Ich versuche euch dennoch so weit es mir möglich ist euch auf dem 
laufenden zu halten.

Steffen

[Kai K. (klaas)]

>Wir gehen nun davon aus, dass der Spannungsdrift mechanisch bedingt an
>einem anderen Bauteil liegt, das an dieser Stelle nciht weiter erläutert
>werden soll/darf.

Ah, ein Geheimprojekt...

[Steffen J. (deldri)]

Kai Klaas schrieb:
>>Wir gehen nun davon aus, dass der Spannungsdrift mechanisch bedingt an
>>einem anderen Bauteil liegt, das an dieser Stelle nciht weiter erläutert
>>werden soll/darf.
>
> Ah, ein Geheimprojekt...

Soll nicht geheimnistuerich wirken...Aber um unangenehmen Fragen 
vorzubeugen, sicher ich mich lieber ab...