Announcement: there is an English version of this forum on hi! nachdem ihr mir die Tage super geholfen habt, möchte ich direkt noch eine Frage stellen. Es gibt keinen konkreten Anlass, ich arbeite mit zur Zeit nur in die Operationsverstärker Thematik und und obwohl ich langsam immer mehr verstehe, hakt es zwangsläufig hin und wieder. Ein OP der nicht so kompensiert ist, dass er 'unity-gain stable' ist kommt ja häufig vor. Ich kann mir das bei einem Spannungsverstärker auch ganz gut vorstellen, ich frage mich aber ob ich bei einem Transimpedanzvertärker mit so einem Teil das bemerke. Lässt sich das irgendiwe beschreiben oder benennen? Irgendwie muss ich einem TIA ja ohnehin eine Nullstelle spendieren wegen des riesigen Widerstandes in der Rückkopplung. Würde sich das anders verhalten wenn der OP nicht A=1 kompensiert ist? Ihr könnt gerne in euren Worten etwas dazu sagen, das erzeugt ja manchmal am ehesten Geistesblitze im Gegensatz zu den gleichen Zitaten.
Ein TIA ist im Prinzip ein auf Verstärkung 1 rückgekoppelter Verstärker. Deshalb nimmt man dafür einen x1 stabilen Opamp.
Hi, Ich habe angefangen darüber nachzudenken, weil ich im Datenblatt zu dem opa846 gesehen habe, dass der speziell als Transimpedanzverstärker empfolen wird. http://www.ti.com/lit/ds/sbos250e/sbos250e.pdf Auf der ersten Seite direkt ist auch einer abgebildet. Dass der 100% gegengekoppelt ist leuchtet ein, aber wie deckt sich eine Anwendungsempfehlung damit, dass man das gar nicht damit macht? Er soll stabil für G > 7 sein. Bin deswegen echt ziemlich verwirrt.
Simon schrieb: > Auf der ersten Seite direkt ist auch einer abgebildet. Dass der 100% > gegengekoppelt ist leuchtet ein, aber wie deckt sich eine > Anwendungsempfehlung damit, dass man das gar nicht damit macht? > Er soll stabil für G > 7 sein. Der ist aber nur für niedrige Frequenzen (dort, wo die Kapazitäten nicht wirken) 100% gegengekoppelt. Bei hohen Frequenzen (dort, wo die interne Phasendrehung Probleme macht) ist die Verstärkung durch das Kapazitätsverhältnis Cd/Cf bestimmt.
Helmut S. schrieb: > Deshalb nimmt man dafür einen x1 stabilen Opamp Nein. Für einen TIA braucht es keinen OPamp der unity gain stable ist
Steffen schrieb: > Helmut S. schrieb: >> Deshalb nimmt man dafür einen x1 stabilen Opamp > > Nein. Doch. Der Einfachheit halber nimmt man häufig einen einsstabilen OPV, wenn nix dagegenspricht. Brett... dünnste Stelle und so... > Für einen TIA braucht es keinen OPamp der unity > gain stable ist Man braucht nicht zwingend einen - das ist richtig. Man muss dann nur einen der vielen Tricks anwenden, um die Schwingneigung zu unterdrücken.
Possetitjel schrieb: > Man muss dann nur einen der vielen Tricks anwenden, > um die Schwingneigung zu unterdrücken. Naja, was heißt Tricks? Man guckt sich die Loop-Gain an und schaut ob es stabil ist. Das einfachste ist sich die Loop Gain in ein Bodediagramm reinzumalen. Dann klappt man das nach oben und legt den Amplitudengang des OP darüber (man kann sich die Loop Gain auch gleich in das Datenblatt des OP malen). Jetzt schaut man sich an wo die Beiden (Loop Gain und OP) sich schneiden und wie die Amplitudengänge aufeinandertreffen. Laufen da zB 20dB/Dek Steigung in einen flachen Bereich der Loop Gain, dann ist alles gut (90° Phase). Schneiden die sich aber mit 40dB/Dek (zB einer läuft mit 20dB/Dek rauf der andere runter), dann hat man da natürlich 180° und es schwingt. Dazu braucht man sich nur die Eckfrequenzen ausrechnen und der Rest ist malen und gucken.
PS: Zur Verdeutlichung kannst Du Dir dass auch einfach mal für ein Feedback Netzwerk hinmalen, dass rein ohmsch ist. Das in den Amplitudengang des OP und dann siehst Du auch, dass es erst dann böse ist, wenn die sich mit mehr als 20dB/Dek schneiden. Und dass passiert zB wenn ein durch dein Loopback so klein ist, dass der Schnittpunkt da liegt wo der OP seinen zweiten Knick hat und mit 40dB/dek weiterläuft. Einen Unity Gain stable OP Amp zu nehmen heißt übrigens auch genau aus diesen Gründen nicht, dass ein TIA damit dann stabil wird. Das musst Du Dir so oder so ansehen. Wenn man sich einfach vor Augen hält, dass eine OP Schaltung folgender Gleichung gehorcht: U_aus = U_ein * A(w) / (1+ A(w) * B(w)) Wobei A(w) die Übertragungsfunktion deines OP ist und B(w) die Übertragungsfunktion der Rückkopplung. Wenn das Produkt aus denen -1 wird, dann ist das hässlich in so einem Bruch. Und das passiert halt genau dann, wenn die sich schneiden (einer von beiden dabei invertiert d.h. 0dB = 1) und wenn bei diesem Schnitt dann noch 180° Phase dazukommen, dann hat man die nicht gewollte -1.
Steffen schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Man muss dann nur einen der vielen Tricks anwenden, >> um die Schwingneigung zu unterdrücken. > > Naja, was heißt Tricks? Naja, eben: Tricks. > Man guckt sich die Loop-Gain an und schaut ob es > stabil ist. Das kann ich von hier aus sagen: Ein TIA mit rein ohmscher Rückkopplung und nicht-eins-stabilem OPV schwingt bei offenem Eingang. Genau mit diesem Fall (offener Eingang) muss man bei unbekannter und/oder stark schwankender Quellimpedanz immer rechnen. Deswegen nimmt man für TIAs entweder einen eins-stabilen OPV, oder man muss die Schaltung durch zusätzliche Maßnahmen ("Trick") stabilisieren. (Da gibt es mindestens zwei unterschiedliche Methoden.) Eine Ausnahme ist nur der Fall, dass man die maximale Quellimpedanz sicher kennt - aber das ist in meinen Anwendungen noch nie aufgetreten.
Es kommt ja immer darauf an was offen heißt. Bei den TIAs die ich bisher gebaut habe reichte die Kapazität des offenen Eingangs aus um den Verstärker stabil zu halten. Und rein ohmsche Rückkopplung gibt es ja auch nicht. Der Widerstand hat ja immer etwas parallel. Aber klar, wenn das im Verhältnis zum R so klein ist, dass es weit außerhalb des interessanten Frequenzbereichs liegt, dann stimmt es natürlich. Worauf ich nur hinauswollte ist: Ein unity gain stable OP rettet dich nicht automatisch, auch nicht bei offenem Eingang. Sobald man da 1G oder so in der Rückkopplung hat gibt es eh nichts rein ohmsches mehr. Zudem hat man IMMER eine Eingangskapzität usw. Allein die SO-8 Beinchen haben schon ein paar pF zueinander. Aber wenn der TO sich das mal ansieht, dann begreift er vielleicht auch, warum der Verstärker mehr rauscht, wenn man ein Kabel zwischen Stromquelle und Verstärker macht (also ein längeres als vorher).
Steffen schrieb: > Worauf ich nur hinauswollte ist: Ein unity gain stable OP > rettet dich nicht automatisch, auch nicht bei offenem > Eingang. Okay... das mag sein. - Die Umkehrung gilt aber genauso: Ein OPV, der nicht unity gain stable ist, ist häufig für vielerlei Ärger gut. Die Frage des TO war ja, ob es für einen TIA wichtig ist, dass der OPV nur teilkompensiert ist. Die Antwort ist i.d.R. "ja". > Sobald man da 1G oder so in der Rückkopplung hat gibt > es eh nichts rein ohmsches mehr. Naja, man hat halt nicht immer so extreme Verhältnisse. Ich habe mich bisher nur im µA-Bereich bewegt; dort ist das mit den parasitären Kapazitäten noch recht entspannt. Nachrechnen muss man trotzdem, denn große Kapazitäten als Quellen (...100nF) können schon bei mäßigen Frequenzen (kHz) für vielerlei Spaß sorgen...
Spannend. Keine Ahnung ob das jetzt das richtige Wort ist. ;-) Bin auch ein wenig raus im Moment. Muss ich erst aufarbeiten. Also ist das Ende vom Lied, dass ich bemerke würde, dass das ganze stabil arbeitet, wenn Cf größer wird, als es die Formeln zum Abschätzen angeben? Geht auch in Richtung von ArnoR's Post. Wegen dem kapazitiven Spannungsteiler.
Simon schrieb: > Also ist das Ende vom Lied, dass ich bemerke würde, dass > das ganze stabil arbeitet, wenn Cf größer wird, als es > die Formeln zum Abschätzen angeben? Nee. Kleiner. Meiner Meinung nach. > Geht auch in Richtung von ArnoR's Post. Wegen dem kapazitiven > Spannungsteiler. Ja, schon richtig: Die Rückkopplung bildet mit der Sperrschicht- kapazität der Photodiode eine (komplexen) Spannungsteiler. Das Teilerverhältnis muss mindestens 1:7 betragen, damit nie zuviel Signal vom Ausgang auf den Eingang kommen kann, sonst schwingt es.
Possetitjel schrieb: > Okay... das mag sein. - Die Umkehrung gilt aber genauso: > Ein OPV, der nicht unity gain stable ist, ist häufig für > vielerlei Ärger gut. Ja, ok einigen wir uns darauf. Ein Pol mehr macht natürlich immer mehr Ärger als wenn da keiner ist :) Simon schrieb: > Also ist das Ende vom Lied, dass ich bemerke würde, dass das ganze > stabil arbeitet, wenn Cf größer wird, als es die Formeln zum Abschätzen > angeben? Naja, das ist beim TIA halt gefährlich. Einfach nur Cf größer machen heißt nicht zwingend das es stabil wird. Normal hast Du in Deiner Rückkopplung ja zwei Pole. Dazwischen läuft es mit 20db/Dek. Wenn Cf nun erstmal so war, das du hinter dem zweiten Pol liegst (da wo das Rückkoppelnetz wieder flach wird) dann kannst Du mit einem größeren C das ganze so verschieben, dass du in den Bereich kommst in dem es nicht mehr stabil ist. Dann kann man Cf solange erhöhen bis Du wieder vor dem ersten Pol bist, aber dann ist Deine Bandbreite auch weg. Deshalb würde ich immer gucken beim TIA. Simon schrieb: > Geht auch in Richtung von ArnoR's Post. Wegen dem kapazitiven > Spannungsteiler. Ja, ab einer gewissen Frequenz spielen dann irgendwann nur noch die Rückkoppelkapazität und die Eingangskapazität eine Rolle. Wenn Du Dir das mal hinmalst, dann sieht es auch aus wie ein invertierender Verstärker. Dieser "Verstärker" ist es auch, der das Rauschen am Ende bestimmt. (Darum das Beispiel mit dem Kabel). Ein Kabel anzustecken kann den Verstärker dann ggf. wieder stabilisieren. Aber das Rauschen wird größer. Beim TIA ist ganz interessant, dass die Verstärkung des Rauschens nicht direkt aus der Stromverstärkung abzuleiten ist. An der Stromverstärkung ändert eine Vergrößerung der Eingangskapazität ja nichts, am Rauschen aber schon.
Angehängte Dateien:
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tia_stabilitaet.PNG
20 KB
Anbei mal was zum Angucken. ggf. versteht man dann leichter was ich meine. Grün der Amplitudengang des OP wie er auch im Datenblatt zu finden ist. Pink (oder was auch immer das ist) der umgedrehte Amplitudengang der Rückkopplung. So wie es dargestellt ist wäre es also stabil. Man kann sich auch leicht vorstellen, dass es egal wäre, wenn der OP einen Pol unterhalb des pinken Verlaufs hätte. Das heißt wenn der erst ab ca. 20dB stabil wäre, dann wäre das in Ordnung (nur wenn die 100pF am Eingang bleiben!). Das Ding ist solange stabil wie die grüne fallende Kurve nicht in die pinke Steigung geht. Vor und hinter der pinken Steigung ist alles gut.
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