Hallo,
Ich bin gerade neu im Thema OpAmp und habe gelernt das beim realen OpAmp
Eingangsruheströme fliessen, welche man jedoch mit einem Widerstand am
positiven Eingang kompensieren kann. Nun hiess es aber, dass man dies
nur in speziellen Fällen macht.
Nun meine Frage:
In welchen Fällen sollte man den Ruhestrom kompensieren?
In welchen nicht und wieso nicht, es ist doch immer besser möglichst
wenig Störfaktoren zu haben, oder liege ich da falsch?
Danke für eure Antworten und korrigiert mich, wenn ich falsch liege.
Klaus
Ich habe das noch nie benutzt, es scheint mir so als wären die OpAmps
vor 20 Jahren eine andere Güteklasse gewesen als die heutigen, daher hat
man früher sowas gebraucht.
Heutzutage gillt da, meiner Meinung, eher, dass die OpAmps besser sind
ohne diese Zusatzkompensationsbeschaltung.
Noch was nebenbei, was du meinst bezeichnet man als Inputbias Strom,
Ruhestrom ist der Strom, den der OpAmp verbraucht wenn er ohne Benutzung
in der Schaltung hängt, also ohne Last.
Und der Inputbias kommt dann genauer daher, dass die Halbleiter
Eingangstransistoren niemals 100% gleich sein können, daher fließt in
die eine Base mehr Strom als in die andere, das ganze ist am schlimmsten
bei Bipolaren OpAmps ( im Gegensatz zu den CMOS und JFET Typen).
Alles klar? :)
stefan schmitt schrieb:> Ruhestrom ist der Strom, den der OpAmp verbraucht wenn er ohne Benutzung> in der Schaltung hängt, also ohne Last.
Entspricht jedoch der Eingangsruhestrom dem Bias-Strom?
ja. tut es. Ich wuerde nie einen bias strom kompensieren wollen. Der ist
auch noch temperaturabhaengig. Sondern gleich den richtigen OpAmp
waehlen. Die Kosten eines OpAmps kommen eh nur bei hohen Stueckzahlen
zum tragen.
Was man hingegen machen sollte, dh bei bipolar OpAmps, ist, beide
Eingangsimpedanzen anzugleichen, und biasstromabhaengige
Offsetspannungen zu vermeiden. Dier erkennt man zB am einzelnen
Widerstand am + Eingang gegen Masse.
Beide Eingänge eines OP nehmen typabhängig etwas Strom (Input Bias
Current). Leider nicht absolut gleich, die Differenz nennt man Input
Offset Current.
Die Eingangsströme des OP verursachen vereinfacht ausgedrückt z. B.
einen Spannungsabfall an einem Widerstand, der in Serie zu einem Eingang
geschaltet ist (Andere Szenarien lasse ich weg). Wenn dieser
Spannungsabfall U=R*I in eine Größenordnung kommt, dass er die Messung
des Nutzsignals beeinträchtigt, wird es notwendig darüber nachzudenken,
wie man das verhindern kann.
Beispiel:
Input Offset Current = 1 nA
Serienwiderstand (z. B. Eingangsschutz)= 10 kOhm
Spannungsabfall = 10 µV
Nutzsignal sei 1 V
--> Damit stört der Input Offset Current in den wenigsten Fällen
Für 10 nA, 100 kOhm und 1 mV Signal sieht das völlig anders aus.
--> Du musst selbst entscheiden!
Im Prinzip könnte man hier noch sagen, wenn der Spannungsabfall konstant
ist, könnte man das irgendwo wegtarieren. Ist er aber nicht, der Input
Bias Current ist temperaturabhängig und damit auch der Spannungsabfall.
Jetzt wird es Zeit, einen verschärften Blick in das Datenblatt des OP zu
werfen. Das ist oft herstellerabhängig spezifiziert, z. B in nA/K oder
als Maximalwert über einen Temperaturbereich. Nehmen wir an 1 nA/K, dein
Einsatzbereich sei Raumtemperatur ± 10 K, also 20 nA in die obige
Rechnung einbringen und schauen, ob das stört. Falls ja, Schaltung
modifizieren, anderen OP wählen usw.
Jetzt Nicht schrieb:> Ich wuerde nie einen bias strom kompensieren wollen.
das klingt nach einem Widerspruch zu:
Jetzt Nicht schrieb:> Was man hingegen machen sollte, dh bei bipolar OpAmps, ist, beide> Eingangsimpedanzen anzugleichen,
Genau dadurch, dass man die Impedanzen an beiden Eingängen gleich wählt,
kompensiert man nämlich den input bias current (der auf Deutsch
mittlerer Eingangsruhestrom heißt). Die (betragsmäßige) Differenz der
beiden Eingangsströme, die sich damit leider nicht kompensieren lässt,
wird input offset current (Offsetstrom) genannt.
So zumindest die Sprachregelung laut Tietze Schenk, die auch im
Wikipedia-Artikel übernommen wurde ;-)
https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker
Ja, hoert sich so an, gilt aber nur fuer Offsetspannungen bei einem
Spannungsverstaerker. Zugegeben, unpassende Formulierung. Bei einem
Transimpedanz wuerd ich's nicht machen wollen.
Jetzt Nicht schrieb:> Bei einem> Transimpedanz wuerd ich's nicht machen wollen.
funktioniert dort aber genauso. (Die Impdedanz am inv-Eingang ist
natürlich nicht alleine der Innenwiderstand der Quelle sondern dessen
Parallelschaltung mit dem Rückkoppelwiderstand.)
KlausPCB schrieb:> In welchen Fällen sollte man den Ruhestrom kompensieren?
Wenn er stört, das gilt für alle parasitären Effekte. Man kompensiert
sie nur wenn sie für die eigentliche Aufgabe störend sind. Getreu dem
Motto: Tue soviel wie möglich aber nicht mehr als nötig.
Es hängt vom OP Typ und der Schaltung ab, ab es sich lohnt den Einfluss
des Biasstroms durch gleiche Eingangswiederstände zu kompensieren.
Sinn macht das fast nur bei Bipolaren OPs - bei den FET Typen sind die
Ströme sehr klein und oft auch unterschiedlich groß (also Bias und
Offset Strom in ähnlicher Größe).
Einige OPs reduzieren intern durch Kompensation des Stroms den Bias
Strom (z.B. OP27 und ähnliche). Das ist aber eher nichts was man
nachträglich einfach hinzufügen kann.
KlausPCB schrieb:> Ich bin gerade neu im Thema OpAmp und habe gelernt das beim realen OpAmp> Eingangsruheströme fliessen,
Ja.
> welche man jedoch mit einem Widerstand am> positiven Eingang kompensieren kann.
Nein. Es kommt auf die Schaltung an, wo welcher Widerstand hin muß. Die
Grundregel ist: beide Eingänge des OPV sollten den gleichen ohmschen
Widerstand nach GND sehen. Dann hebt sich der Einfluß der Ruheströme
genau auf - unter der Voraussetzung daß die Eingangsruheströme beider
Eingänge gleich groß sind.
Es gibt auch andere Möglichkeiten den Biasstrom zu kompensieren. Z.B.
kann man, wenn der Biasstrom nur an einem OPV-Eingang stört, dort einen
entsprechenden Strom (per Spannungsteiler und grooooßem Widerstand)
einspeisen. Aber die Methode oben hat dem gegenüber den Vorteil, daß sie
auch den Temperaturgang des Biasstroms mit kompensiert (wieder unter der
Annahme, daß sich beie Eingänge des OPV gleich verhalten).
> In welchen Fällen sollte man den Ruhestrom kompensieren?
Wenn er stört.
Wie diverse Vorposter schon anmerkten, ist der Bias-Strom nur bei
bipolaren OPV ein Problem. Allerdings ist es Unsinn, dewegen jetzt wie
vorgeschlagen einfach keine bipolaren OPV mehr einzusetzen. Denn die
haben gegenüber OPV mit FET-Eingängen auch wieder Vorteile (u.a. beim
Rauschen).
