Hallo, ich habe mit einer bipolaren Versorgung, einem AD9751 300MSPS current-steering DAC, einem THS3202 OpAmp (unity gain BW 2 GHz) als current-to-voltage converter und 4 stacked THS3091 OpAmps (BW 210 MHz bei G=2) eine DAC Endstufe aufgebaut. Aktuell wird im Bereich -1V .. 10V bei max 750mA in eine resistive 13,3 Ohm Last getrieben. In den SPICE Simulationen geht das auch bei über 200MHz sehr gut, jedoch bricht mir klarerweise mit steigener (resistiver) Last die Spannung zusammen (siehe AMP_OUT_U im Bild). So werden bei 750mA die 10V nicht mehr erreicht und die maximale Spannung erreicht nur mehr ca. 6V. Passe ich den Gain der stacked OpAmps etwas an, so sind wieder 10V Maximalspannung möglich. Wird die Last jedoch kleiner, so führt dies dann zu mehr als 10V Maximalspannung. Das ganze ist bedingt durch die Ausgangswiderstände der stacked OpAmps. Jeder einzelne OpAmp kann maximal 250mA treiben. Ohne Stromlimitierung würden die OpAmps kaputt gehen. Zudem ist laut Datenblatt ein Ausgangswiderstand notwendig um auch kapazitive Lasten treiben zu können. Aktuell ist der Ausgangswiderstand bei jedem der stacked OpAmps 40 Ohm. Bei 10V ergibt dies einen Strom von I=10/40 = 250mA. Dadurch ist der effekive Spannungsabfall bei ca 200MHz jedoch dann euch bei fast 5V. Klar, je mehr Strom, deso mehr Spannung fällt auch am Widerstand ab :( Um das ganze zu entschärfen bräuchte ich also eine bipolare Strombegrenzung für jeden stacked OpAmp, an der möglichst wenig Spannung abfällt. * Gibt es dazu Rezepte, die auch noch bei ~200MHz funktionieren ?
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Opamp stacking : gerade mal nachgegoogelt was das überhaupt ist. Als transistor-level Analogelektroniker musste ich erstmal schaudern. Verschiedene OPAMPs haben verschiedene offsets. Nehmen wir mal an ein OPAMP hat eine offsetspannung von 10uV und der andere -30uV. Und einen DC gain von 10000, d.h, aus -30uV offset macht der eine -0.3V und der andere +0.1V. Schalte ich diese beiden OPAMPs parallel so werden sich die Ausgangsspannungen (bevor ich auch die parallel schalte) dieser beiden OPAMPs immer um 0.1 - -0.3 = 0.4V unterscheiden. Das gilt auch wenn ich die feedback-loop schliesse: dann sind zwar die Eingangsspannungen beider OPAMPS gleich, aber ihre Ausgangspannungen differieren durch die verschiedenen offsets immer noch um 0.4V. Was passiert also wenn die eine Ausgangsstufe versucht 1V auf die Last zu geben und der Andere versucht 1.4V auf die Last zu geben? Genau: der 1.4V OPAMP wird eine Menge Strom liefern den der 1V OPAMP dann schluckt. Dieser Strom wird bestimmt durch die Ausgangsimpedanz der OPAMPs. Je neiderohmiger der Ausgang desto höher der Querstrom. Bei der Last kommt von diesem Querstrom dann nix an. OPAMP stacking: Finger wech.
Nachtrag: bei TI heisst stacking: ich nehme einen +1 Verstärker und einen -1 Verstärker und nehme das Differenzsignal, das dann einen 2x grösseren Hub hat. http://www.ti.com/lit/an/snoa600a/snoa600a.pdf Hat aber mit OPAMP-Parallel-Löten nichts zu tun.
Wenn du schon in TI Datenblätter schaust, dann schau doch auch mal ins THS3091 Datenblatt [1] gleich auf die erste Seite im PDF. Der "typical arbitrary waveform generator output drive circuit" macht genau das, was ich in meinem Design auch habe. Etwas detaillierter gibt es das ganze dann nochmals auf Seite 20 in Figure 68. Professionell wird das auch verwendet: Schau dir etwa in [2] auf Seite 175 den Schaltplan des Agilent 33220A Waveform Generators an. Hier werden 4 THS3001 OpAmps, genau wie auch im THS3091 Datenblatt, parallel geschalten um mehr Strom liefern zu können. Dieselbe Technik wird auch von Intersil nochmals hier [3] beschrieben. Ebenfalls beschrieben ist das ganze nochmals von TI in der AppNote 446 hier [4]. Siehe Seite 4, Figure 6, "Paralleling the outputs of two op amps. The power amplifiers, A2 and A3, are wired as followers and connected in parallel with the outputs coupled through equalization resistors." Wie du siehst wird das ganze besonders im hi-frequency Bereich von mehreren Herstellern sowohl in ihren Datenblättern wie auch in ihren Application Notes beschrieben. Desweiteren wird es auch so in der Praxis von AWG Herstellern so verwendet wie das Beispiel des Agilent 33220A Waveform Generators zeigt. Mit einfach OpAmps aufeinander löten hat das also nichts zu tun, da kann ich dich beruhigen. Übrigends noch eine Anmerkung zu meinem Design: Mein Aufbau entspricht weitestgehend der Figure 68 aus dem THS3091 Datenblatt [1], jedoch sind meine Widerstände anders dimensioniert. Mein Ausgangswiderstand ist aufgrund der hohen Maximalausgangsspannung 40 Ohm was den hohen Spannungsabfall verursacht. Um das zu kompensieren, greife ich das OpAmp Feedback nicht wie im Datenblatt vor dem Ausgangswiderstand, sondern erst danach ab. Dadurch wird der Spannungsabfall (auf Kosten der Bandbreite) kompensiert. Bei einem grossen Spannungsabfall geht der OpAmp jedoch in die Sättigung (ca. 12V), sodass auch der Spannungsabfall nicht mehr kompensiert werden kann. Die Bandbreite geht dadurch natürlich emebso in den Keller. Mehr als bipolare +/- 15V Versorgungsspannung geht laut Datenblatt auch nicht. Aus diesem Grund bin ich auf der Suche nach Alternativlösungen. lg, Stef [1] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ths3091.pdf [2] http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/33220-90012.pdf [3] http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an11/an1111.pdf [4] http://www.ti.com/lit/an/snoa718/snoa718.pdf
Die erwartete Ausgangsspannung und Strom ist voellig ueberzogen. Was will man mit 10Vp und 750mA ? Dafuer benoetigt man eine eigene Endstufe, deren Einsatz gerechtfertigt sein sollte. Ein paar OpAmps gegeneinander laufen zu lassen ist Murks.
> Das ganze ist bedingt durch die Ausgangswiderstände der stacked OpAmps. OpAmp stacking mit Ausgangswiderständen ist ok, wenn man sowieso einen definierten Ausgangswiderstand bekommen will, z.B. 50 Ohm. Dann ist auch ein Spannungseinbruch unter Last vorgesehen. Gerade bei so hohen Frequenzen will man definierte Ausgangswiderstände und arbeitet mit Leistungsanpassung. Die ist halt so, daß die Spannung halbiert wird, wenn man den Ausgang richtig abschliesst, und es ist auch so, daß der Abschlusswiderstand nur die Impedanz des Kabels ist, nicht der Gleichspannungswiderstand. Bei Gleichspannung hat man also wieder die volle Ausgangsspannung. > Um das ganze zu entschärfen bräuchte ich also eine bipolare > Strombegrenzung für jeden stacked OpAmp Normale OpAmps haben eine eingebaute Strombegrenzung.
Du darfst die Gegenkopplung nicht nach den Widerständen machen! Denn 1. versuchen die OPAs die Ausgangsimpedanz - trotz Ausgangswiderständen - auf 0 Ohm zu bekommen (sind IN der Gegenkopplung) und 2. arbeiten sie dann doch wieder gegeneinander, wenn verschiedene Offsets verstärkt werden. Deshalb halte dich an die TI-Schaltung. Nur so ergibt sich ein definierter Ausgangswiderstand aus der Parallelschaltung der Ausgangswiderstände.
MaWin schrieb: > Normale OpAmps haben eine eingebaute Strombegrenzung. Ich lese diesbezüglich gerade noch im THS3091 Datenblatt nach. Im Falle, dass der Strom intern begrenzt ist, könnte ich dann die Ausgangswiderstände evt. kleiner machen (so wie in der Beispielschaltung im Datenblatt), sodass auch der Spannungsabfall an den Ausgangswiderständen geringer ist ? Die Last hinter der OpAmp Endstufe ist leider nicht fix (ist keine HF Anwendung bzw. Transmitter). Mit der Endstufe sollen integrierte Schaltkreise (ICs) versorgt werden. Über den DAC wird dann ein "Stimulus" generiert. Die Last ist somit grundsätzlich leider auch kapazitiv. lg
Alex schrieb: > Du darfst die Gegenkopplung nicht nach den Widerständen machen! > Denn 1. versuchen die OPAs die Ausgangsimpedanz - trotz > Ausgangswiderständen - auf 0 Ohm zu bekommen (sind IN der Gegenkopplung) Der OpAmp bekommt doch am (-) Eingang die Feedbackspannung von seinem Ausgang, wobei die durch den Spannungsteiler R_f/R_g angepasst wird, sodass der Verstärkungsfaktor eingestellt werden kann. Mit anderen Worten: Man verfälscht absichtlich die Ausgangsspannung über den Feedback-Spannungsteiler, wodurch überhaupt erst eine Verstärkung durch den OpAmp entsteht. Der OpAmp will ja die Differenzspannung an seinen Eingängen auf 0 halten. Wenn ich nun die Feedbackspannung hinter dem Ausgangswiderstand abgreife, dann ändere ich auch lediglich die Feedbackspannung (und dadurch den Verstärkungsfaktor). Intern ist die Ausgangsimpedanz 0, weshalb der Ausgang überhaupt erst beliebige Lasten treiben kann. Und genau deshalb brauche ich auch eine Stromlimitierung, weil der OpAmp sonst abfackelt, wenn ich dahinter zu viel Strom ziehen würde. > und 2. arbeiten sie dann doch wieder gegeneinander, wenn verschiedene > Offsets verstärkt werden. Weshalb sollten sie gegeneinander arbeiten und die Offsets verschieden sein ? Die Gesamtlast wird doch durch die Parallelschaltung in gleichem Maß auf alle OpAmps aufgeteilt. Und durch die Ausgangswiderstände ist der maximale Strom pro OpAmp auf den maximal zulässigen Wert limitiert. > Deshalb halte dich an die TI-Schaltung. Nur so ergibt sich ein > definierter Ausgangswiderstand aus der Parallelschaltung der > Ausgangswiderstände. Das würde ich gerne machen, jedoch bekomme ich am Ausgang nicht die eingestellte Spannung heraus, sondern um ein Vielfaches weniger weil so viel Spannung an den stromlimitierenden Ausgangswiderständen abfällt :( Ebensowenig habe ich am Ausgang der Schaltung eine feste Last (wie z.B. 50 Ohm). Stattdessen werden quasi FETs damit angesteuert (kapazitive Last). Wenn jemand einen Ausweg kennt wäre ich sehr dankbar ;)
MaWin schrieb: > Normale OpAmps haben eine eingebaute Strombegrenzung. Weder der THS3202 noch der THS3091 haben eine eingebaute Strombegrenzung. Zumindest steht nichts davon im Datenblatt.
Noch ne Idee am Rande: Ist es evt. eine bessere Idee z.B. eine Gegentakt FET Endstufe aufzubauen anstatt die OpAmps, wie im Datenblatt, parallel zu schalten ?
stefan s. schrieb: > Aktuell wird im Bereich -1V .. 10V bei max 750mA in eine resistive 13,3 > Ohm Last getrieben. stefan s. schrieb: > Ebensowenig habe ich am Ausgang der Schaltung eine feste Last (wie z.B. > 50 Ohm). > Stattdessen werden quasi FETs damit angesteuert (kapazitive Last). Ja was denn nun? Wieder andere Bedingungen und so wenig Infos wie nur möglich und dann perfekte Hilfe erwarten. Kapazitive Lasten sind bei niedrigen Frequenzen schon lästig, bei sehr hohen Frequenzen (für OPVs) sind sie ein echtes Problem, wenn man wie du ideales Verhalten der Schaltung verlangt. Deine Forderungen sind aus meiner Sicht auch überzogen. stefan s. schrieb: > Intern ist die Ausgangsimpedanz 0 Nein, das ist die nicht. Schau mal ins DB des THS3202 Fig.45. bzw. Fig.36 beim THS3091: Ausgangsimpedanz bei 200MHz etwa 25Ohm. Du kannst bei solchen Frequenzen den OPV nicht mehr "gleichstrommäßig" betrachten.
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