Hallo alle zusammen, die angefügte Schaltung hat eine Bandbreite von 5MHz und schwingt mit der selbigen Frequenz am Ausgang. Die Schaltung wurde in LTSpice erfolgreich getestet, jedoch ist jetzt beim Aufbau ein 5MHz Schwingen zu erkennen. Woran kann das liegen? Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf f0=5MHz dimensioniert. Wo könnte sich der Fehler eingeschlichen haben? Ich habe bereits die Versorgungsspannung an jedem OP mit einem extra Kondensation geblockt, ohne erfolg. Bei dem Entfernen der Differenzenverstärkerstufe endete das Schwingen. Beste Grüße Hans
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> Wo könnte sich der Fehler eingeschlichen haben? z.B. in Deinem m Layout. Siehe Erklärungen in: http://www.ti.com/lit/ds/sbos197e/sbos197e.pdf
Hans Dorsch schrieb: > die angefügte Schaltung hat eine Bandbreite von 5MHz und schwingt mit > der selbigen Frequenz am Ausgang. > > Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf > f0=5MHz dimensioniert. Das geht so nicht. Wenn du 3 Stufen à 5MHz Bandbreite in Reihe schaltest, dann ist die resultierende Bandbreite höchstens ~5MHz/SQRT(3)~2,9MHz. Die 22R als Last für U1 finde ich etwas wenig. > Jede Verstärkerstufe wurde einzeln simuliert und überschwingerfrei auf > f0=5MHz dimensioniert. > Bei dem Entfernen der Differenzenverstärkerstufe endete das Schwingen. Ja, aber in der Realität arbeiten die Stufen zusammen und belasten sich gegenseitig bzw. stellen andere Quellbedingungen dar als in der einzelnen Simulation.
Danke für die ersten Anregungen! Ich habe das PCB-Design dem Datenblatt entsprechend durchgeführt. Alles in 1206 aufgebaut. Das sich die Bandbreite bei einem stufigen Aufbau reduziert ist mir bekannt, was das Schwingen aber nicht erklärt. Kann der Grund für das Schwingen am Spannungsteiler der letzten Stufe liegen? PS: Eine kapazitive Last am Ausgang ist nicht vorhanden.
Hallo, Du hast doch eine Kapazität in der Rückkopplung. Kann es sein, dass an einer Stelle in deinem Aufbau sich ein Fehler eingeschlichen hat und die auf Masse liegt? Trenne alle Stufen von einander und messe alle für sich durch. Dann kannst du sehen, wann der Schwinger auftritt. Warum begrenzt du die Bandbreite der einzelnen Stufen? Warum machst du das nicht einmal am Anfang und dannach lässt du das weg? Wenn du die hohen Frequenzen am Eingang nicht drauf gibst werden die auch ganz am Ende nicht drauf sein. Gruß, jens
Deine Schaltung hat insgesamt eine ziemlich hohe Verstärkung, das ist immer anfällig für Schwingungen. Wenn so eine Schaltung schwingt, liegt die Ursache meistens darin, dass das Ausgangssignal irgendwie auf den Eingang zurückgekoppelt wird. Das kann z.B. über die Versorgungsspannung passieren oder über die Masse oder auch irgendwie kapazitiv oder induktiv direkt vom Ausgang zum Eingang. Ich würde als erstes mal die Spannungs-Versorgungen der einzelen Stufen voneinander entkoppeln (Kondensatoren an jeden einzelnen OP, dazwischen Reihenwiderstände oder Ferrite).
Kannst du mir erklären, was U5 tut? Die Beschaltung sieht für ich einfach falsch aus, aber ich würde gerne lernen. Grüße
R6/R7 bei U5 schaut jetzt schon verdächtig aus, dass hier von der Betriebspannung was rückgekoppelt wird. Vlt. mit gefilterter Spannung versorgen und mit Kondensator für HF stabilisieren. Grüsse
Das sehe ich jetzt erst. Bei deiner Simulation ist V2 falsch rum drin. Du willst doch eine symmetrische Spannung erzeugen. Da ist aber auch der (-)Anschluss auf V-. Wenn du das in deinem Aufbau auch so hast, dann hast du keine symmetrische Versorgung. Dann stimmt dein gesamtes Spannungskonzept nicht und deine Masse in der Schaltung ist nicht stabil. Messe das mal nach und poste die Ergebnisse der Messungen hier. Gruß, jens
Jens schrieb: > Bei deiner Simulation ist V2 falsch rum drin. Nee, ist schon richtig, denn da steht ein "-" von der 5.
Jens schrieb: > Da ist aber auch der (-)Anschluss auf > V-. Die Spannung ist aber -5V, soweit man das erkennen kann.
Warum eigentlich 3x OPA656? Der niedrige Input Bias Strom ist doch nur in der Transimpedanzstufe wichtig.
Die Versorgungsspannung liegt korrekt auf -5V. Der Spannungsteiler wurde bereits erfolglos durch eine eigene stabilisierte Spannungsquelle ersetzt. Ich bin grade drauf und dran nochmal auf die ausgeschlossene kapazitive Last zu prüfen. Ein abgeschlossenes Koaxialkabel von 3m kann doch nicht die Ursache sein, oder?
>Wo könnte sich der Fehler eingeschlichen haben? Der OPA656 ist ein 200MHz OPamp, den darf man nicht einfach wie einen gewöhnlichen OPamp beschalten. Insgesamt sind C3 und Ctot zu groß und R2 zu klein. Das ergibt ein "phase lag"-Maximum von rund 50° im Bereich von rund 5MHz. Kein Wunder, daß die Schaltung dort schwingt. Wahrscheinlich kommen noch ein paar andere Fehler hinzu, weil der OPamp eigentlich gerade noch stabil laufen müßte. Hast du denn eine durchgehende Massefläche und einen kompakten Aufbau? Jeder Millimeter zählt! Hauptfehler, der immer wieder gemacht wird, ist die mangelhafte Entkopplung der OPamps. Es reicht nicht nur, jeden einzelnen OPamp zu entkoppeln, sondern die OPamp müssen auch noch voneinander isoliert werden. Dazu kann man mit kleinen Widerständen (10...22R) RC-Glieder bauen, die für jeden OPamp individuell die Versorgungsspannung sieben. In hartnäckigen Fällen schaltet man den Widerständen sogar noch kleine SMD "ferrite beads" in Serie. Wovon man heute abgeht, ist die Verwendung von unterschiedlichen, parallelgeschalteten Entkoppelcaps. Heute nimmt man 2,2...10µ/X7R/0805 Caps, die man alleine vom Versorgungsspannungspin zur Massefläche schaltet. Das völlig überholte Gemurkse in den Datenblättern entstammt einer Zeit, in der Caps im µF-Bereich noch globige Monster waren. Große Kapazität plus niedrige Induktivität konnte man nur mit einer solchen Parallelschaltung erzielen, wobei man die entstehenden, höchst unerwünschten Resonanzen in Kauf nehmen mußte oder durch geschickte Bauteilwahl zumindest in einen Frequenzbereich geschoben hat, in dem sie weniger Unheil anrichteten. Der Spannungsteiler R6/R7 ist der Kracher in der Schaltung. Wie dämlich ist das denn?? Du kannst doch nicht die verseuchte Versorgungsspannung direkt in den Signalweg schleusen! Wenn du einen Offset erzeugen willst, dann mußt du das natürlich mit einer gründlich gesiebten Spannung machen!!! Und wie Arno schon sagte: R1 ist viel zu klein. >Ich bin grade drauf und dran nochmal auf die ausgeschlossene kapazitive >Last zu prüfen. Ein abgeschlossenes Koaxialkabel von 3m kann doch nicht >die Ursache sein, oder? Das hast du ja wohl hoffentlich in 50R-Technik angeschlossen??
Erhö doch mal R1 und R4 um eine Größenordnung bzw. auch C1. Oder laß C1 einfach mal kurz weg. Hab das jetz nicht alles durchgerechnet. Aber zuerst wär es gut wenn du nur mal die erste Stufe testen könntest und die Filter bzw. die weitere Signalaufbereitung erst mal wegläßt.
Die erste Stufe arbeitet mit einer Phasenreserve von 70° vollkommen stabil. Die zweite Stufe arbeitet mit der ersten Stufe schwingungsfrei, wenn die dritte Stufe abgeklemmt worden ist. Die dritte Stufe ist scheinbar problematisch. Wenn ich das Ausgangssignal über eine Koaxialleitung abnehme sehe ich deutlich das 5MHz-Schwingen. Nun wird es spannend: Entnehme ich das Signal mit einem Tastkopf anstelle des Koaxialkabels ist das Schwingen verschwunden. - Nur warum? Ich weiß, das ich in dem ersten Design den Serienwiderstand zum Koaxialkabel unterschlagen habe. Das wird soweit behoben, jedoch erklärt sich für mich dadurch noch nicht das Schwingen. Wenn ich am Leitungsanfang keinen Leitungsabschluss habe, wirkt an dieser Stelle nach Lettice ein Reflexionsfaktor von 1. Dieser sollte die Schaltung doch nur tangieren, wenn kein korrekter Leitungsabschluss am Ende des Koaxialkabels vorliegt (Reflexionsfaktor ungleich 0). Wenn am Leitungsende nichts zum Leitungsanfang reflektiert wird, sollte die Leitungsanpassung am Eingang doch zunächst unerheblich sein, oder? Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf?
Hans Dorsch schrieb: > Entnehme ich das Signal mit einem > Tastkopf anstelle des Koaxialkabels ist das Schwingen verschwunden. - > Nur warum? > ... > Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich > höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf? Hast du die bisherigen Antworten nicht gelesen? Die dritte Stufe hat am Ausgang den größten Signalpegel; wenn man den Belastet (z.B. mit einem 50 Ohm-Kabel), dann fließt auch ein entsprechend hoher Strom. Dieser Strom fließt aber nicht nur in die Last rein, sondern auch in den Versorgungs-Pins der Operationsverstärker und über die Kondensatoren dort auch auf die Masse. Es gibt jetzt irgend einen Pfad, über den sich dieses Signal vermutlich auf den Eingang der ersten Stufe einkoppelt und dadurch schwingt die Schaltung. Entkopple als erstes mal (wie oben schon vorgeschlagen) die Spannungsversorgungen der einzelnen Operationsverstärker. Wenn die Schwingung dann immer noch da ist, solltest du dir Gedanken über die Masse (Layout) machen.
Danke nochmal für die Zusammenfassung. Ich werde die Spannungsversorgung genauer untersuchen. Wenn ich die Spannungsversorgung mit LC-Gliedern stabilisieren möchte, wo lege ich dessen Resonanzfrequenz hin? Lege ich jedes LC-Glied auf eine unterschiedliche Resonanzfrequenz?
Ein Koaxialkabel von 3m Laenge wirkt auch noch wie eine 300pF Kapazitaet.
>Die erste Stufe arbeitet mit einer Phasenreserve von 70° vollkommen >stabil. Hast du nicht meinen Beitrag gelesen?? Wie hast du denn diese Phasenresereve bestimmt? >Die zweite Stufe arbeitet mit der ersten Stufe schwingungsfrei, wenn die >dritte Stufe abgeklemmt worden ist. Die zweite Stufe ist zu niederohmig. Hast du denn nicht unsere Beiträge gelesen?? >Ich weiß, das ich in dem ersten Design den Serienwiderstand zum >Koaxialkabel unterschlagen habe. Das wird soweit behoben, jedoch erklärt >sich für mich dadurch noch nicht das Schwingen. Na, weil es einen Unterschied macht, ob du ein nacktes Kabel anhängst oder die Geschichte in 50R-Technik aufbaust. Das eine Mal hast du eine kapazitive Last von 300pF, die dir die "phase margin" ruiniert, das andere Mal eine "ohmsche Last" von 100R. >Kann es nicht auch daran liegen, das das Koaxialkabel eine deutlich >höhere kapazitive Last bildet, als der Tastkopf? Ich arbeite in meiner täglichen Praxis mit GHz-OPamps, bei denen sogar die kapazitive Last eines Tastkopfs zu viel ist. Will ich dort messen, muß ich immer erst einen 22R Serienwiderstand einfügen. >Es gibt jetzt irgend einen Pfad, über den sich dieses Signal vermutlich >auf den Eingang der ersten Stufe einkoppelt und dadurch schwingt die >Schaltung. R6/R7 ist ein solcher Pfad. Hier wird die ungefilterte Versorgungsspannung direkt in den Signalweg eingekoppelt. So etwas sollte man nicht einmal mit lahmen OPamps machen. Mit schlecht gesiebten, hochverstärkenden 200MHz-OPamps ist es eine völlige Katastrophe. Will der TO einen Offset erzeugen, muß er es anders machen. >Wenn ich die Spannungsversorgung mit LC-Gliedern stabilisieren möchte, wo >lege ich dessen Resonanzfrequenz hin? Lege ich jedes LC-Glied auf eine >unterschiedliche Resonanzfrequenz? Die wird nicht mit LC-Gliedern entkoppelt, sondern mit RC-Gliedern. Den Widerständen kann man dann noch kleine "ferrite beads" in Serie schalten. Hast du denn garnicht meinen Beitrag gelesen?? Zeige uns doch mal dein Layout. Ist es wirklich HF-Tauglich, so wie in diesem Beispiel? Beitrag "Re: OPA890 vs. OPA847 als Tranzimpedanzverstärker"
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