Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsspannung am OpAmp größer als Versorgungsspannung


von Max (Gast)


Lesenswert?

Hallo!

Schadet es einem OpAmp (konkret lm358), wenn an seinem positiven oder 
negativen Verstärkereingang eine Spannung anliegt, die größer ist als 
die Versorgungsspannung, mit der aktuell betrieben wird? Das man unter 
der maximal erlaubten differential input voltage bleiben muss ist dabei 
klar.

Danke!
Max

von Easylife (Gast)


Lesenswert?

Datenblatt:

Input Current (VIN < −0.3V)(5)  50 mA

(5) This input current will only exist when the voltage at any of the 
input leads is driven negative. It is due to the collector-base junction 
of the input PNP transistors becoming forward biased and thereby acting 
as input diode clamps. In addition to this diode action, there is also 
lateral NPN parasitic transistor action on the IC chip. This transistor 
action can cause the output voltages of the op amps to go to the 
V+voltage level (or to ground for a large overdrive) for the time 
duration that an input is driven negative. This is not destructive and 
normal output states will re-establish when the input voltage, which was 
negative, again returns to a value greater than −0.3V (at 25°C).

(...)

(5) The input common-mode voltage of either input signal voltage should 
not be allowed to go negative by more than 0.3V (at 25°C). The upper end 
of the common-mode voltage range is V+ −1.5V (at 25°C), but either or 
both inputs can go to +32V without damage (+26V for LM2904), independent 
of the magnitude of V+.


Im Zweifel Clamping-Dioden vor den Op-Amp.

von Max (Gast)


Lesenswert?

Easylife schrieb:
> but either or
> both inputs can go to +32V without damage (+26V for LM2904), independent
> of the magnitude of V+.

Danke! Aber ehrlich gesagt habe ich nicht alles verstanden. Bedeutet der 
zitierte Satz dass es kein Problem gibt, solange sichergestellt ist, 
dass ich unter +32V bleibe?

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Max schrieb:
> Bedeutet der
> zitierte Satz dass es kein Problem gibt, solange sichergestellt ist,
> dass ich unter +32V bleibe?

Ja.

Von -0.3 bis +32V ist beim LM358 am Eingang alles erlaubt, auch wenn die 
Versorgungsspannung niedriger liegt, nur oberhalb VCC-1.5V reagiert er 
nicht mehr wie vorgesehen, und unter -ß.3V neigt er zum phase reversal 
oder allgemein erratischem Verhalten am Ausgang.

von Max (Gast)


Lesenswert?

Danke!

von Max (Gast)


Lesenswert?

Hallo!

Doch noch eine Nachfrage: so wie ich es verstehe, ist es aber durchaus 
ein Problem, wenn die Eingänge um mehr als 0.3V negativer als V- (bei 
mir GND) werden, korrekt? Damit wäre zumindest nach nach GND eine 
Clamp-Diode sinnvoll. Kann ich dafür eine 1n4148 verwenden? Die Anode 
der Diode käme an den OpAmp Eingang, die Kathode an GND, richtig? Danke 
nochmal!

Gruß
Max

von Purzel H. (hacky)


Lesenswert?

Eine 1N4148 hat aber mindestesn 0.7V.

von Max (Gast)


Lesenswert?

Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
> Eine 1N4148 hat aber mindestesn 0.7V.

Guter Punkt :-). Man müsste also eine Schottky Diode nehmen. Gibt es da 
auch so einen Wald-und-Wiesen Typ für kleine Ströme?

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Max schrieb:
> Doch noch eine Nachfrage: so wie ich es verstehe, ist es aber durchaus
> ein Problem, wenn die Eingänge um mehr als 0.3V negativer als V- (bei
> mir GND) werden, korrekt?

Jein.

Der zitierte Grenzwert von 50mA und die Note dazu [1] besagen, daß 
aufgrund der Innenschaltung sich an den Eingängen bereits ein 
pn-Übergang befindet, der wie eine Clamping-Diode wirkt. Und zwar ist 
das die Basis-Kollektor Strecke des Eingangstransistors.

Wenn du sicherstellen kannst, daß der Strom durch diese interne 
Clampingdiode den angegebenen Grenzwert von 50mA nicht überschreitet, 
dann reicht das. Üblicherweise verwendet man dazu einen Vorwiderstand. 
Und natürlich bewirkt dann der Spannungsabfall am Vorwiderstand, daß die 
Spannung am OPV-Eingang (vulgo: an der Clamping-Diode) nicht unter 
GND-U_f fallen kann.

[1] nicht in jedem Datenblatt. Aber in dem von NatSemi stehts drin. 
@Easylife (Gast): bitte immer das verwendete Datenblatt angeben.

> Damit wäre zumindest nach nach GND eine Clamp-Diode sinnvoll.
> Kann ich dafür eine 1n4148 verwenden?

Nein. Und nein.

Eine (Art von) Clampingdiode ist da schon. Was noch fehlt, ist die 
Strombegrenzung. Und eine 1N4148 geht natürlich deswegen nicht, weil sie 
genauso aus Silizium ist wie die interne Diode und deswegen eine 
ähnliche Flußspannung hat. Um sicherzustellen, daß der Strom 
größtenteils durch die externe Clampingdiode fließt, muß die eine 
signifikant geringere Flußspannung haben als die interne.


XL

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Lesenswert?

Mit einem Widerstand am Eingang zur Strombergrenzung geht der LM358 bei
negativen Eingangsspannungen zwar nicht kaputt, das Problem mit dem
Phase-Reversal bleibt aber bestehen. Das bekommt man durch eine
zusätzliche Schottky-Diode (bspw. eine BAT42/43) weg.

Besser ist es aber, für solche Anwendungen einen neueren Opamp zu
nehmen, der kein Phase-Reversal aufweist.

von Max (Gast)


Lesenswert?

Danke, das hilft mir weiter.

Yalu X. schrieb:
> [...] das Problem mit dem
> Phase-Reversal bleibt aber bestehen

wenn ich es richtig verstehe betrifft das aber nur die "Integrität" des 
Ausgangssignals. Wenn es in meinem Falle passiert, dass das 
Eingangssignal in den OP negativ wird, ist eh was grob schief gegangen. 
Was dann aus dem OP rauskommt ist dann auch egal, solange die 
Gesamtsituation nicht "destruktiv" für den Verstärker wird :-).

Axel Schwenke schrieb:
> Üblicherweise verwendet man dazu einen Vorwiderstand

Die Eingangsimpedanz vom LM358 ist hoch genug, dass ich zB 10k in den 
Eingang legen kann ohne dass das Eingangssignal nennenswert gedämpft 
wird, oder?

Danke!
Max

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Max schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Üblicherweise verwendet man dazu einen Vorwiderstand
>
> Die Eingangsimpedanz vom LM358 ist hoch genug, dass ich zB 10k in den
> Eingang legen kann ohne dass das Eingangssignal nennenswert gedämpft
> wird, oder?

Das läßt sich ohne Kenntnis der Gesamtschaltung nicht beantworten.
Die 10K können dir in mindestens zweierlei Weise auch noch anders
auf den Fuß fallen:

1. der Eingangsbiasstrom verursacht durch den Spannungsabfall einen 
zusätzlichen Gleichspannungsoffset.

2. die 10K bilden mit parasitären Kapazitäten einen Tiefpaß. Die 
zusätzliche Phasendrehung bringt deine Schaltung u.U. zum Schwingen.

Anders herum willst du bis 10K*50mA = 500V Schutz. Was hast du vor? 
Reichen 50V nicht vielleicht auch?


XL

von Max (Gast)


Lesenswert?

Axel Schwenke schrieb:
> Anders herum willst du bis 10K*50mA = 500V Schutz. Was hast du vor?
> Reichen 50V nicht vielleicht auch?

Ehrlich gesagt habe ich einfach nur nicht nachgedacht :-). Sogesehen 
reichen auch 500 Ohm - 1K, danke für den Hinweis. Es handelt sich bei 
dem Aufbau nur um einen einfachen Spannug-zu-Strom Wandler, ich will den 
Steuereingang (nichtinv. Eingang vom OP) ein wenig gegen "Fehlbenutzung" 
schützen. Daran hängt eine Art Funktionsgenerator, dessen Signal max 
-10V werden kann.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.