Hallo, ich habe bei der Aussteuerung eines klassischen OPVs (kein Rail2Rail) einige Verständinsschwierigkeiten. Im Diagramm sieht man die Aussteurung von einem TL081. Der OPV wurde dabei asynchon (5V an +Vcc, GND an -VCC) versorgt. Warum bekomme ich im unterem Spannungsbereich einen Phase reversal? Ich habe bereits im Forum gesucht und gegoogelt. Dabei stieß ich immer auf die Erklärung : "Wenn die Eingangsspannung unterhalb der negativen Versorgung liegt, dann wird die Ausgangsspannung invertiert." Als Eingangsspannung habe ich eine Dreiecksspannung mit 5V Vpp und einem DC OFfset von Udc= 2,5V. Ich komme also nicht in den negativen Bereich... und damit unterschreite ich nciht meine -VCC = GND. Besten Dank im Voraus.
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>Warum bekomme ich im unterem Spannungsbereich einen Phase reversal?
Weil deser OPamp einfach aufgrund seiner Innenschaltung so funktioniert.
Das ist bekannt und man versucht eine solche Beschaltung zu vermeiden.
Beachte den erlaubten Eingangsspannungsbereich (VICR) im Datenblatt.
Unter anderem steht da, daß du schlimmstenfalls rund 4V von den Rails
entfernt sein mußt. Da kommst du also nicht weit mit einer +5V
Speisung..
Vielen Dank für die schnelle Antwort. Ganz ist es mir noch nicht klar.... > Das ist bekannt und man versucht eine solche Beschaltung zu vermeiden. Warum tritt die Phasenumkehr nur bei der unteren Rail auf und nicht noch ab 4V? > Beachte den erlaubten Eingangsspannungsbereich (VICR) im Datenblatt. Aus dem Datenblatt: min. ±11V typ. -12V, +15V was bedeutet das im Fall meiner asynchronen Versorgung von 5V? Danke
Fe Li schrieb: > Warum tritt die Phasenumkehr nur bei der unteren Rail auf und nicht noch > ab 4V? Der gültige Eingangsspannungsbereich sagt nur, dass in diesem Bereich die richtige Funktion garantiert ist. Außerhalb des Bereichs ist alles erlaubt. Der Ausgang kann also umkippen, muss aber nicht. Es gibt (wenige) OPVs, die spezifizieren, dass außerhalb des Common-Mode-Bereichs keine Phasenumkehr stattfindet. Wenn das nicht angegeben ist, weiß man nicht, was passiert. > Aus dem Datenblatt: > min. ±11V typ. -12V, +15V > was bedeutet das im Fall meiner asynchronen Versorgung von 5V? Du meinst wohl "unsymmetrisch"? Die Angaben beziehen sich auf eine Versorgung mit +/-15V (steht oben in der Tabelle). Das heißt: Du brauchst im Worst-Case (min.-Wert) 4V Abstand zu beiden Versorgungsanschlüssen. Bei einer Versorgung mit +5V geht das also überhaupt nicht. Typisch (typ.) reichen 3V mehr als die negativer Versorgung und 0V weniger als die positive Versorgung. Das ist dann bei Dir der Bereich von +3...+5V. Das ist aber nur typisch, also nicht garantiert. Gruß Dietrich
ja, natürlich, unsymmetrisch...schon zum 2. Mal falsch^^ Also habe ich mit meinem getesteten OPV "Glück", dass er zwischen 1,5 - 4 V Volt in den linearen bereich geht (als Spannungsfolger) s. Anhang ? Wenn ich das richtig verstanden habe: bei symmetrischer Versorgung von -5/5V würde ich einen garantieren Bereich von -1...1 V erhalten. bei asymmetrischer versorgung von z.b. 0/10V würde das gleiche gelten, also 4...6V ?
> Warum bekomme ich im unterem Spannungsbereich einen Phase reversal? Weil das ein Scheiss-OpAmp ist Das Problem haben die Chipentwickler beim Entwurf übersehen. Der RC4558 und AD822 hat dasselbe Problem. Manche Schaltungen funktionieren damit nicht, weil sie beim Einschalten der Versorgungsspannung in einen dead lock gehen, bei manchen Schaltungen passiert das sogar sogar in Betrieb. Daher meidet man diese Billigopamps nach Möglichkeit.
>Weil das ein Scheiss-OpAmp ist Na... >Das Problem haben die Chipentwickler beim Entwurf übersehen. Das war in den 70igern. Da hatte man ganz andere Sorgen als "phase reversal". >Manche Schaltungen funktionieren damit nicht, weil sie >beim Einschalten der Versorgungsspannung in einen dead lock >gehen, bei manchen Schaltungen passiert das sogar sogar in >Betrieb. Der TL081/2/4 und der RC4558 sind frei von "latch-up", also einem Verharren in einem undefinierten Ausgangszustand, wenn die Ursache am Eingang des Opamp dafür wieder zurückgenommen wurde. (Mit dem AD822 habe ich keine Erfahrung.) "Phase-Reversal" läßt sich mit einem simplen Spannungsteiler am Eingang zuverlässig verhindern. "Phase-Reversal" ist nur ein Problem bei Anfängern, die daran nicht gedacht haben und plötzlich davon überrascht werden. Für den Profi ist "phase reversal" überhaupt kein Problem. >Daher meidet man diese Billigopamps nach Möglichkeit. Der TL081/2/4 wird auch heute noch extrem oft eingesetzt, weil er sehr kostengünstig, für die meisten Anwendungen ausreichend schnell, rauscharm und klirrarm ist und dabei ganze 1,4mA/OPamp zieht.
> Der TL081/2/4 und der RC4558 sind frei von "latch-up", Wenn die äussere Schaltung geeignet aufgebaut ist, bleibt die Schaltung im dead-lock, sie kommt nicht in einen stabilen Arbeitspunkt, wird ausgebootet. Linear Tech schreibt in vielen Datenblättern: The phase reversal can cause lock-up in servo systems. Wikipedia schreibt: Phase reversal In some integrated op-amps, when the published common mode voltage is violated (e.g. by one of the inputs being driven to one of the supply voltages), the output may slew to the opposite polarity from what is expected in normal operation. Under such conditions, negative feedback becomes positive, likely causing the circuit to "lock up" in that state. Latch-Up (also zünden eines internen Thyristors durch Ströme über die Eingangsschutzdioden) ist was anderes. > Für den Profi ist "phase reversal" überhaupt kein Problem. Es gab schon viele Selbstüberhebliche die von der Realität eingeholt wurden.
>Wenn die äussere Schaltung geeignet aufgebaut ist, >bleibt die Schaltung im dead-lock, sie kommt nicht in >einen stabilen Arbeitspunkt, wird ausgebootet. Mach mal ein Beispiel, wie eine solche Schaltung aussehen soll. >Linear Tech schreibt in vielen Datenblättern: >The phase reversal can cause lock-up in servo systems. Das mag ja sein, aber der OPamp selbst kommt ohne Probleme aus dem "phase reversal" zurück. >Under such conditions, negative feedback becomes positive, likely causing >the circuit to "lock up" in that state. Ja, aber wenn der verbotene Eingangsspannungsbereich verlassen wird, kehrt die Schaltung von alleine aus diesem Zustand zur Normalität zurück. >Latch-Up (also zünden eines internen Thyristors durch >Ströme über die Eingangsschutzdioden) ist was anderes. Bei OPamps meint es auch das Verbleiben in einem undefiniertem Ausgangszustand nach einem "Phase Reversal". Schau hier: http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniversary/6.html >Es gab schon viele Selbstüberhebliche die von der Realität >eingeholt wurden. Genau, Hochmut kommt vor dem Fall. Deswegen habe ich mich ganz konkret und besonders umfangreich von TI beraten lassen, bevor ich den TL072 und TL052 in einem industriellen Produkt eingesetzt habe.
Es gibt Fälle, wo eine Schaltung für eine unbestimmte Zeit im Phase- Reversal "kleben" bleiben kann: Bei der invertierenden Verstärkerschaltung mit asymmetrischer Versorgung darf die Eingangsspannung der Gesamtschaltung (nicht des Opamps) die negative Versorgungsspannung unterschreiten, solange die daraus resul- tierende positive Ausgangsspannung die Eingangsspannung am invertieren- den Opamp-Eingang im zulässigen Bereich hält. Wird von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht und gelangt der Opamp beim Einschalten oder durch einen kurzen Störimpuls ins Phase-Reversal, wird dieser Zustand nach dem Ende der Störung nicht automatisch wieder aufge- löst, da beim Umklappen der Ausgangsspannung der Opamp-Eingang erst recht in den unzulässigen Bereich abgesenkt wird. Dieser Hystereseeffekt führt dazu, dass die erforderliche Eingangsspannung zur Auflösung des Phase-Reversal deutlich höher liegt als diejenige, die zum Eintreten desselben führt. Trotzdem würde ich dieses Verhalten weder als Latch-Up noch als Lock be- zeichnen, da ein Auflösen des Phase-Reversal auch ohne Ausschalten der Versorgung möglich ist. Fe Li schrieb: > Warum tritt die Phasenumkehr nur bei der unteren Rail auf und nicht noch > ab 4V? Schau dir das Prinzipschaltbild im Datenblatt an: Der TL081 hat P-JFETs an den Eingängen. Bei zu niedriger Eingangsspannung beginnt die SG-Diode des entsprechenden JFETs zu leiten. Dadurch gelangt der Strom von der Stromquelle oberhalb der FETs nicht mehr in den Stromspiegel unterhalb davon, sondern wird durch den FET "abgesaugt". Normalerweise sollte der Drain-Strom des FETs bei sinkender Eingangsspannung steigen. Bei leiten- der SG-Diode wird dieser Strom aber zu null oder gar negativ, sinkt also stark ab. Dies hat den beobachteten invertierenden Effekt zur Folge. Bei zu hoher Eingangsspannung bleibt die SG-Diode gesperrt, deswegen entsteht dort auch kein Phase-Reversal. Erreichen die Eingangsspannungen allerdings die positive Versorgungsspannung, kann es bei sehr niedriger Cutoff-Spannung der FETs passieren, dass beide FETs nahezu sperren und damit den Strom der Stromquelle nicht mehr vollständig weiterleiten. Das führt zu einem veränderten Verhalten des Opamps, was sich bspw. in einer reduzierten Differenzverstärkung äußert. Auch wenn man in der Praxis davon meist nicht viel merkt, begrenzen die Opamp-Hersteller sicher- heitshalber den spezifizierten Eingangsspannungsbereich meist auf einen Wert unterhalb der positiven Versorgungsspannung.
Yeah!
Vielen Dank.
Ich wusste garnicht bei welcher Stufe ich suchen sollte um mir den
Effekt zu erklären. Danke Yalu.
Bleibt nurnoch ne Unklarheit mit dem Datenblatt...
Vicm:
> min. ±11V typ. -12V, +15V
(bei +-15V Versorgung)
Also es ist "zulässig" +15V, obwohl der OPV diese durch innere Verluste
nicht an den Ausgang legen kann.
Was ist bei -15V? Wird er kaputtgehen (falls die typ. Werte eingehalten
werden) oder unvorhersagbar reagieren ?
Nochmal zu meinem Spannungsfolger (s. Anhang).
Wenn die typischen Werte für Vicm des OPVs stimmen,
dürfte ich nur im Bereich von 3-5 Volt erwarten, dass er so funktioniert
wie er soll.
Kann ich behaupten, da er schon ab ca 1,5 Volt der Spannung folgt, ist
bei meinem OPV mein Vicm = -13,5V +15V ?
Fe Li schrieb: > Was ist bei -15V? Wird er kaputtgehen Dazu gelten die Daten unter "absolute maximum ratings". Diese Werte definieren nicht den Funktionsbereich, sondern den Überlebensbereich. Fe Li schrieb: > Kann ich behaupten, da er schon ab ca 1,5 Volt der Spannung folgt, ist > bei meinem OPV mein Vicm = -13,5V +15V ? Im Prinzip schon. Nur was nutzt Dir das? Sicher verlassen kannst Du Dich nicht darauf. Schon durch Temperaturänderungen oder Alterung kann das anders sein. Bei einem anderen Exemplar sowieso. Die Schaltung auf Basis dieses "Ausprobierens" zu dimensionieren ist sehr unseriös oder ein Glücksspiel. Gruß Dietrich
Kai Klaas schrieb: > Mach mal ein Beispiel, wie eine solche Schaltung aussehen soll. Jede Verstärkerschaltung, die mehr als die Gleichtakteingangsspannung des OPV gegenkoppeln kann. Z.B. habe ich mal eine +/-400V Stufe mit MC33202 als Regelverstärker aufgebaut. Bei einem Lieferengpaß wurde mir ein TS922 angeboten. Der blieb dann prima an -400V hängen. Aus der Gegenkopplung wird eine Mitkopplung und er kann aus dem Phase Reversal garnicht mehr rauskommen. Das gemeine ist, beim MC33202 steht ja drin: "No Phase Reversal on the Output for Over–driven Input Signals" Aber beim TS922: "garnichts" "Garnichts" bedeutet also, er hat Phase Reversal.
Ich wundere mich, das die Schaltung mit +5V überhaupt irgendwie funktioniert. Der TL081 verlagt als minimale Versorgungsspannung 7V.
Jetzt verwirrst du mich. Woher nimmst du die 7 V? Müssten es nicht nach Vicm mind. 8V sein? Das Diagramm hab ich real gemessen (keine Simulation) .
Steht in einer Tabelle im "The Art of Electronics". Für den TL081 Vcc min 7V, max 36V. Vielleicht funktioniert er auch darunter, aber eben ohne alle Parameter zu garantieren.
>Jede Verstärkerschaltung, die mehr als die Gleichtakteingangsspannung >des OPV gegenkoppeln kann. Achso, ja, das ist natürlich zu vermeiden.
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