Hallo liebe Leute,
ich arbeite mich gerade bisschen in Analogtechnik ein, habe also nicht
so viel Ahnung davon.
Da ich jetzt das Prinzip von den meisten einfachen
Transistorverstärkerschaltungen und wie man sie kaskadieren soll
durchgegangen bin wollte ich es mal in einer Simulation testen.
Ich möchte eine Sinusspannung in Spannung u n d Strom verstärken
(anders gesagt, die Ausgangsimpedanz der Schaltung soll niedrig sein).
Natürlich war die Hoffnung, dass die Schaltung über einen weiten
Frequenzbereich verzerrungsfrei arbeitet.
Jetzt hat sich allerdings ausgerechnet der OpAmp als Problem
herauskristallisiert. Er fängt bei bestimmten Lastverhältnissen am
Ausgang an zu schwingen. Z.B. bei 1nF am Ausgang werden dem Sinus
wahllose Schwingungen im Bereich von 50-500Khz überlagert (siehe Bild).
Eingespeist wird eine Sinusspannung mit 4.9V Amplitude und 5.2V Offset
bei 1kHz.
Ich dachte zunächst, dass der Ausgang auf den Eingang rückwirkt und dem
OpAmp die Last nicht passt, aber der OpAmp „sieht“ eine sehr große
Eingangsimpedanz durch die verschiedenen Verstärkerstufen, daran sollte
es eigentlich nicht liegen. Es tritt auch nicht z.B. bei 100pF oder 10nF
Last auf.
Folgende Maßnahmen unterdrücken die Schwingung (empirisch ermittelt):
-Statt OpAmp ideale Sinusspanungsquelle benutzen oder
- Stromverstärkerstufe über 20kOhm koppeln oder
- in der Zweiten Push-Pull-Stufe zwischen Eingang und Emitter 1KOhm
Widerstand einbaue
-Differenzenverstärker (OpAmp) mittels C Tiefpasscharakter geben
Das hilft mir natürlich alles nicht viel, weil ich nicht genau weiß,
wieso die Schwingung entsteht. Ich möchte ungern alle Lastfälle bei
allen Spannungen und Frequenzen durchtesten.
Jemand ne Idee woran es liegt?
Danke
Common
>Jetzt hat sich allerdings ausgerechnet der OpAmp als Problem>herauskristallisiert. Er fängt bei bestimmten Lastverhältnissen am>Ausgang an zu schwingen. Z.B. bei 1nF am Ausgang werden dem Sinus>wahllose Schwingungen im Bereich von 50-500Khz überlagert (siehe Bild).
OPVs belastet man auch nicht mit Kapazitäten am Ausgang. 1nF sind also
sicherlich und eindeutig zu viel. Das ist nämlich ein grundsätzliches
Problem bei OPV.
Degegen scheinst Du bei den Abblockkondensatoren kräftig gespart zu
haben ...
Die Push-Pull-Stufe ist ziemlich kontraproduktiv, da sie nur eine
Hysteresis verursacht. Der OP schafft es auch ohne diese Stufe, den
Basisstrom von Q12 zu treiben, der ja maximal bei ca. 100uA liegen kann.
Falls Du die Stufe trotzdem unbedingt verwenden willst, sollten die
Basen und Emitter mit einem Widerstand von 1k-10k gebrückt werden, damit
der OP bei kleinen Amplituden direkten Durchgriff hat, eventuell sogar
noch mit ein paar pF parallel.
Wofür soll die Pushpull Stufe gut sein?
Warum ist die Spannungverstärkerstufe ein Differenzverstärker?
Parallel zu R29 kannst du nen Kondensator schalten zwecks Kompensation.
Ach so, in der realen Schaltung statt Simulation sollten I1 und I2 auf
jeden Fall auch mit Vee statt GND verbunden werden, da ansonsten der
Ausgangsspannungshub unnötig begrenzt wird.
Vcc = 230V?! Willst Du einen Piezo treiben?
Weist Du wiewenig Kollektor-Emitterspannung die BC-Typen vertragen?
Spice warnt Dich NICHT vor solchen Fehlern!
Dass das Ganze schwingt ist nicht sonderlich überraschend, da eine
Gegenkopplung über die Kombination aus OPV plus Spannungsverstärkerstufe
nicht stabil sein kann.
Lass den OPV weg und sie erstmal zu, wie Du eine kleine Spannung auf bis
zu 200Vss am Ausgang verstärkst.
CommonMode schrieb:> ich arbeite mich gerade bisschen in Analogtechnik ein, habe also nicht> so viel Ahnung davon.
Ehrliche Antwort?
Das sieht man. Die Schaltung ist vollkommen blödsinnig.
> Ich möchte eine Sinusspannung in Spannung u n d Strom verstärken> (anders gesagt, die Ausgangsimpedanz der Schaltung soll niedrig sein).>> Jetzt hat sich allerdings ausgerechnet der OpAmp als Problem> herauskristallisiert.
Nein.
> Er fängt bei bestimmten Lastverhältnissen am> Ausgang an zu schwingen. Z.B. bei 1nF am Ausgang werden dem Sinus> wahllose Schwingungen im Bereich von 50-500Khz überlagert (siehe Bild).
Da eine 1nF Kapazität an den Ausgang des OPV nicht per Magie hin
gelangt, muß sie jemand dahin plaziert haben. Und dann ist eben jener
"jemand" schuldig. Wenn du einen Betonklotz an einen Polo hängst, ist es
auch nicht die Schuld des Polos, wenn er keine 100km/h mehr schafft.
> Jemand ne Idee woran es liegt?
Die Push-Pull Stufe ist vollkommen unsinnig. Was immer nach dem OPV
kommt, kann der ganz alleine treiben. Diese ruhestromlose(!) Push-Pull
Stufe erzeugt mindestens Übernahmeverzerrungen rund um den Nullpunkt.
Der Differenzverstärker ("Spannungsverstärker") nach dem OPV ist
ebenfalls vollkommen blödsinnig. Ein idealer OPV hat unendlich
Verstärkung, was soll der Kokolores, dem noch eine weitere
Spannungsverstärkung innerhalb der Gegenkopplung nachzuschalten?
Und dann gar noch 1K Emitterwiderstände zu verwenden, bei unglaublichen
10mA gemeinsamem Emitterstrom?
Der Spannungsteiler aus R24/R25 ist dermaßen viel hochohmiger als der
Eingangswiderstand (im wesentlichen R27) der Verstärkerstufe, daß die
Berechnung der Gegenkopplung ganz anders ausfällt, als man auf den
ersten Blick erwarten würde. Und vor allem viel mehr von parasitären
Kapazitäten abhängig ist, als man sich wünschen würde.
R13 ist anscheinend ein Artefakt. Aber warum R14 und R15
unterschiedliche Werte haben, weiß der Kuckuck. Und daß 100µA(!)
Treiberstrom für die Endstufe um gut Faktor 100 zu wenig sind, sieht ein
Blinder mit Krückstock.
C3 ist anscheinend als Boucherot-Glied gemeint, kann diese Funktion
mangels eines Serienwiderstands allerdings nicht erfüllen.
Daß du den OPV zwar mit +230(!!!)/-20V symmetrisch speist, den Rest
dahinter dann allerdings mit 230V/0V asymmetrisch, setzte dem Ganzen nur
noch die Krone auf.
Kurz gesagt: was du da zusammengeklöppelt hast, sieht exakt so aus, wie
das was ein absoluter Laie aus dem Sortiment an - sagen wir mal: VW -
Komponenten zu seinem Traum-Sportwagen kombinieren würde. Jedes
Einzelteil für sich möglicherweise sinnvoll. Aber in der Kombination
ganz und gar unsinnig.
Geh zurück zum Start. Geh nicht über Los. Zieh keine €2000.- ein.
Wenn es nach mir ginge, würdest du für 1000 Spielzüge ins Gefängnis
gehen. Und die Gefängnisbibliothek hätte ausschließlich Bücher über
analoges Schaltungsdesign. Das würde womöglich helfen.
Nichts für ungut ...
Andreas S. schrieb:> Die Push-Pull-Stufe ist ziemlich kontraproduktiv, da sie nur eine> Hysteresis verursacht. Der OP schafft es auch ohne diese Stufe, den> Basisstrom von Q12 zu treiben, der ja maximal bei ca. 100uA liegen kann.
Bitte vorrechnen!
Natürlich ist sie in der schaltung notwendig.
Hi danke schonmal für die antworten!
Jens G. schrieb:> OPVs belastet man auch nicht mit Kapazitäten am Ausgang. 1nF sind also> sicherlich und eindeutig zu viel. Das ist nämlich ein grundsätzliches> Problem bei OPV.> Degegen scheinst Du bei den Abblockkondensatoren kräftig gespart zu> haben ...
Ich habe keine Kapazität an den Op-Amp gehängt, die Kapazität hängt am
Ende der Treiberstufe (c3). Der Op-Amp sollte davon nicht viel
mitbekommen.
Andreas S. schrieb:> Die Push-Pull-Stufe ist ziemlich kontraproduktiv, da sie nur eine> Hysteresis verursacht. Der OP schafft es auch ohne diese Stufe, den> Basisstrom von Q12 zu treiben, der ja maximal bei ca. 100uA liegen kann.
Die push-pull Stufe dient dazu den Op-Amp zu entlasten, weil der NICHT
nur 100µA treiben muss sondern ca. 5mA.
THOR schrieb:> Warum ist die Spannungverstärkerstufe ein Differenzverstärker?
Ich kann Signale kleiner als V_BE anlegen, die werden nicht
abgeschnitten und auch verstärkt.
Die Transistoren kompensieren ihren V_BE Drift wegen des hohen CMRR mit
der Temperatur gegenseitig.
Andreas S. schrieb:> Ach so, in der realen Schaltung statt Simulation sollten I1 und I2 auf> jeden Fall auch mit Vee statt GND verbunden werden, da ansonsten der> Ausgangsspannungshub unnötig begrenzt wird.
Nicht nur sollten, bei I1 ist zwingend erforderlich, dass sie mit einer
negativen Spannung versorgt wird. Ist in der Simulation aus
Vereinfachungsgründen nicht diskret aufgebaut, da kann man die
Stromquelle auf irgendein Potential hängen.
Allenfalls waere das interessierende Frequenzband wichtig gewesen. Ich
wuerd einen APEX empfehlen. Der kann das alles von Hause aus, fuer um
die 20Euro.
CommonMode schrieb:> Die Transistoren kompensieren ihren V_BE Drift wegen des hohen CMRR mit> der Temperatur gegenseitig.
Also du hast nen herausragend guten Differenzverstärker in Form deines
OPV und setzt dem noch nen beschissenen selbstgeklöppelten DV hintendran
damit die Schaltung nicht so gut wird, ja?
Die Transistoren müssten gematcht sein damit Sie tun was du da
schreibst. Und wo findet man gematchte Transistoren? Richtig, in ICs.
ICs wie OPVs zum Beispiel.
Du hast das eckige Rad neu erfunden und jetzt machst du genau berechnete
Längskerben in die Straße damit das Rad darauf wieder rund abrollen
kann.
Jens G. schrieb:> Degegen scheinst Du bei den Abblockkondensatoren kräftig gespart zu> haben ...Mani W. schrieb:> Elkos und Kondensatoren in der Betriebsspannung fehlen wie immer...
Ähh, Jungs!!! Es ist eine SIMULATION, da sind alle Spannungsquellen und
Leitungen ideal. Was genau glaubt Ihr, würde da ein Blockkondensator
tun?
(In Bezug auf eine reale Schaltung hättet Ihr natürlich recht.)
Weil ich gerade sehe, daß das noch niemand gesagt hat: der Grund, warum
die Schaltung schwingt, liegt darin, daß die Gegenkopplungs-Schleife
außer dem OPV noch weitere Stufen enthält.
Die zusätzliche Verstärkung und die zusätzliche Phasenverschiebung durch
diese Stufen konnte der Hersteller bei der (internen) Frequenz-
kompensation aber (natürlich) nicht berücksichtigen. Es wären
zusätzliche Kompensationsmaßnahmen erforderlich, um die dynamische
Stabilität der Schaltung wiederherzustellen.
voltwide schrieb:> Hast Du die Betriebsspannung von 230V wahr genommen?> Ist Dir schon der Gedanke gekommen, dass der OPV nicht den anvisierten> Spannungshub bringen kann?
Die wird doch nur in der unnötigen Pushpull-Stufe überhaupt verwendet.
Macht imho keinen Unterschied.
Axel S. schrieb:> Es wären> zusätzliche Kompensationsmaßnahmen erforderlich, um die dynamische> Stabilität der Schaltung wiederherzustellen.
Genau, Parallel zu R29 gehört was. Ich meine, das schon gesagt zu haben.
Axel S. schrieb:> Weil ich gerade sehe, daß das noch niemand gesagt hat: der Grund, warum> die Schaltung schwingt, liegt darin, daß die Gegenkopplungs-Schleife> außer dem OPV noch weitere Stufen enthält.
Ja, darin würde ich auch das Hauptproblem sehen, was auch Mark weiter
oben schon angemerkt hat:
Mark S. schrieb:> Dass das Ganze schwingt ist nicht sonderlich überraschend, da eine> Gegenkopplung über die Kombination aus OPV plus Spannungsverstärkerstufe> nicht stabil sein kann.
Immerhin wird das Feedbacksignal durch R24 und R25 um den Faktor 21
heruntergeteilt, was die Schleifenverstärkung reduziert. Aber vermutlich
ist die Verstärkung des Differenzverstärkers aus Q12 und Q10 größer als
21, so dass der Gegenkopplungsfaktor größer als 1 wird. Dafür ist der
LT1006 (wie auch die meisten anderen Opamps) nicht geschaffen.
Axel S. schrieb:> Ehrliche Antwort?
War die ehrliche Antwort.
Befinde mich gerade auf S110 von The Art of electronics. Wenn du das
Buch zur Hand hast, würdest du sehen, das alle meine Schaltblöcke dort
abgehandelt sind. (Der OpAmp kommt erst später.)
> Das sieht man. Die Schaltung ist vollkommen blödsinnig.
Natürlich, total idiotisch ich mein ist ja nicht so, als ob sie ohne
OpAmp nicht funktioniert.
> Die Push-Pull Stufe ist vollkommen unsinnig. Was immer nach dem OPV> kommt, kann der ganz alleine treiben. Diese ruhestromlose(!) Push-Pull> Stufe erzeugt mindestens Übernahmeverzerrungen rund um den Nullpunkt
Nein Nein und nochmals nein. Die PushPull-Stufe wird gebraucht. Kannst
du dir mal ausrechnen oder in der Simulation den Strom messen.
> Da eine 1nF Kapazität an den Ausgang des OPV nicht per Magie hin> gelangt, muß sie jemand dahin plaziert haben. Und dann ist eben jener> "jemand" schuldig. Wenn du einen Betonklotz an einen Polo hängst, ist es> auch nicht die Schuld des Polos, wenn er keine 100km/h mehr schafft.
Nein!
1nF hängt nicht am OpAmp.
> Der Differenzverstärker ("Spannungsverstärker") nach dem OPV ist> ebenfalls vollkommen blödsinnig. Ein idealer OPV hat unendlich> Verstärkung, was soll der Kokolores, dem noch eine weitere> Spannungsverstärkung innerhalb der Gegenkopplung nachzuschalten?
Das sollte ursprünglich dazu dienen den nicht perfekten diskreten
Differenzverstärker zu verbessern. Seine Nichtlinearitäten
auszugleichen.
> Der Spannungsteiler aus R24/R25 ist dermaßen viel hochohmiger als der> Eingangswiderstand (im wesentlichen R27) der Verstärkerstufe, daß die> Berechnung der Gegenkopplung ganz anders ausfällt, als man auf den> ersten Blick erwarten würde. Und vor allem viel mehr von parasitären> Kapazitäten abhängig ist, als man sich wünschen würde.
Dem gebe ich statt. Werde ich ändern.
> R13 ist anscheinend ein Artefakt.
Ist kein Artefakt. Sollte wie im Initialpost beschrieben zeigen, dass
wenn die nachfolgende Stufe über 20kOhm angekoppelt wird die Schwingung
reduziert wird.
Axel S. schrieb:> Aber warum R14 und R15> unterschiedliche Werte haben, weiß der Kuckuck.
Nennt man biasing. Weil die Transistoren nicht identisch sind sollte man
den Arbeitspunkt manuell anpassen können. Sonst bekommt man eine
Übernahmeverzerrung in dem Bereich wenn der Strom kommutiert.
> Und daß 100µA(!)> Treiberstrom für die Endstufe um gut Faktor 100 zu wenig sind, sieht ein> Blinder mit Krückstock.
Falsch.
Woher weißt du denn, was an der Treiberstufe dranhängt?
Momentan 1nF bis 10nF.
Wenn du mehr Strom verbraten willst kannst du die Konstanstromquellen
höher drehen, die Transistoren ziehen bei gleicher Last trotzdem nicht
mehr Basisstrom. Macht also keinen Sinn.
> C3 ist anscheinend als Boucherot-Glied gemeint,
Falsch.
C3 ist die Last, die der Treiber gerade treibt.
> Daß du den OPV zwar mit +230(!!!)/-20V symmetrisch speist,
Falsch.
Der OpAmp ist symemtrisch gespeist. Mit dem zweiten sieht man besser ;-)
> Kurz gesagt: was du da zusammengeklöppelt hast, sieht exakt so aus, wie> das was ein absoluter Laie aus dem Sortiment an - sagen wir mal: VW -> Komponenten zu seinem Traum-Sportwagen kombinieren würde. Jedes> Einzelteil für sich möglicherweise sinnvoll. Aber in der Kombination> ganz und gar unsinnig.
Das macht man ja heutzutage gerne. Mal so den Hass rauszulassen, das
alles schlecht ist, den Frust abzubauen, obwohl 90% von dem was man von
sich gibt selbst Mist ist. Wenn dir das Hilft kannst du das bei mir
machen, ich nehms dir nicht übel. Meld dich einfach.
> Wenn es nach mir ginge, würdest du für 1000 Spielzüge ins Gefängnis> gehen. Und die Gefängnisbibliothek hätte ausschließlich Bücher über> analoges Schaltungsdesign. Das würde womöglich helfen.
Na zum Glück geht’s in der Welt nicht nach dir. Es wäre ja schlimm, wenn
wir alle Schüler, Studenten und Auszubildenden für ihre Simulationen
einsperren müssten. Was machen wir denn dann, wenn sie ne reale
Schaltung versemmelt haben?
Todesstrafe?
Nichts für ungut.
CommonMode schrieb:> Nein Nein und nochmals nein. Die PushPull-Stufe wird gebraucht. Kannst> du dir mal ausrechnen oder in der Simulation den Strom messen.
gute Idee, lass uns rechnen: über R11 fließen maximal 10mA. Der OPV muss
diesen Strom dividiert durch die Stromverstärkung von Q12 treiben
können. Wenn ich mal eine Stromverstärkung von 200 annehme wird der
OPV-Ausgang mit 10mA/200=50µA belastet. Dafür braucht der sicher keine
Push-Pull Stufe. Schmeiß die aus der Schaltung raus (wie auch alle
anderen schon gesagt haben).
Zum Schwingen: OPV starten zu schwingen, wenn ihre Rückkopplung eine zu
große Phasenverschiebung aufweist und die Verstärkung der Geamtschleife
noch größer 1 ist. Wie oben schon gesagt: du hast in der Schleife eine
Verstärkung von 40 (durch die "Spannungsverstärkerstufe") und teilst
danach nur um den Faktor 20 runter - du erhöhst also die
Schleifenverstärkung auf diesem Pfad um den Faktor 2, was immer
zumindest Schwinggefahr bedeutet. Wenn du den Teiler für Feedback auf
den Faktor 40 statt 20 einstellst, ist dieses eine Problem schon mal
weg.
Gleichzeitig hast du ein recht kompoliziertes Rückkoppelnetzwerk -
einmal über R29, einmal über das Signal "feedback" (das wie schon
bemerkt wurde höherohmig getrieben wird als eigentlich gedacht). Was
dabei insgesamt für eine Übertragungsfunktion rauskommt, habe ich gar
keine Lust zu berechnen.
Bau es einfach so, dass man gleich weiß welche Augangsspannung sich
ergibt.
Eine Möglichkeit wäre, R29 ganz rauszuwerfen. Dann wird sofort
erkennbar, welche Ausgangsspannugn sich einsstellen sollte. Dummerweise
wird die Schwinggefahr dadurch noch großer (weil die Gegenkopplung über
R29 weniger Phasenverschiebung hatte als über Feedback).
Deshalb wirf R29 als Widerstand raus, ersetze ihn aber durch einen
Kondensator, der bei den kritischen Frequenzen (wo das Schwingen
stattfindet) genügend Phasenreserve bietet. Schau in der Simu, bei
welcher Frequenz die Schwingung läuft, und dann dimensioniere den
Rückkoppelkondsator so, dass die Grenzfrequenz aus Rückkoppelkondensator
und dem Widerstand des Feedback-Netzwerks (im wesentlichen 50kOhm)
gerade bei der Schwingfrequenz liegt.
Eine weitere Stabilisierungsmöglichkeit besteht darin, über R24 einen
kleinen Kondensator zu packen, damit die Phasenverschiebung im
feedback-Pfad kompensiert wird. (Die entsteht durch den Widerstand des
Feedback-Netzwerks und durch Eingangskapazität des OPV).
CommonMode schrieb:> Na zum Glück geht’s in der Welt nicht nach dir. Es wäre ja schlimm, wenn> wir alle Schüler, Studenten und Auszubildenden für ihre Simulationen> einsperren müssten. Was machen wir denn dann, wenn sie ne reale> Schaltung versemmelt haben?>> Todesstrafe?>> Nichts für ungut.
Na, lass die Kirch mal im Dorf. Es wurde - in verschieden angemessen
Formulierungen - gesagt, dass die Schaltung nicht funktionieren kann.
Dass das wirklich so ist, hast du ja auch schon in der Simu
festgestellt. Und wenn die Simu dann irgendwann mal gut läuft, wirst du
ggf. feststellen, dass es in der Realität nochmal schwieriger wird.
Die PushPullstufe ist zwar der Grund weshalb eine Schwingneigung
entsteht, trotzdem kann sie in der Schaltung bleiben.
Da Q13 und Q14 nicht vorgespannt sind, schwingt die Schaltung um plus
0,7V und minus 0,7V hin und her. Wäre die Feedbackleitung nicht
vorhanden, wäre auch die Schwingneigung weg. Die "nichtvorgespannte"
PushPullstufe ist allerdings im Regelprozess eingebunden und schwingt
deshalb zwangsläufig.
An den Basen von Q13 und Q14 eine Vorspannung (aus Widerständen) anlegen
und Emitterwiderstände in der Größenordnung 1 bis 10 Ohm einbauen, damit
die Übernahmeverzerrungen und somit die Schwingneigung beseitigt wird.
Hallo,
> Befinde mich gerade auf S110 von The Art of electronics. Wenn du das> Buch zur Hand hast, würdest du sehen, das alle meine Schaltblöcke dort> abgehandelt sind.
Man kann aber nicht einfach irgend welche "Schaltblöcke" beliebig
kombinieren und darauf hoffen das sie sich nicht gegenseitig
beeinflussen.
> Nein Nein und nochmals nein. Die PushPull-Stufe wird gebraucht. Kannst> du dir mal ausrechnen oder in der Simulation den Strom messen.
Merkwürdige Schaltung, ein symmetrisch gespeister Operationsverstärker,
gefolgt von einer galvanisch gekoppelten, asymmetrisch gespeisten
Push-Pull-Stufe.
> Der OpAmp ist symemtrisch gespeist. Mit dem zweiten sieht man besser ;-)
NEIN! Das ist definitiv nicht so.
> Das macht man ja heutzutage gerne. Mal so den Hass rauszulassen, das> alles schlecht ist, den Frust abzubauen, obwohl 90% von dem was man von> sich gibt selbst Mist ist.
Ich habe eher den Eindruck, das sich bei dir um jemanden handelt, der
sich ein Buch gekauft hat um die Grundlagen der Elektronik zu lernen
aber leider so gut wie nichts von den verstanden hat was in dem Buch
steht. Was im übrigen sehr bedauerlich ist, da gerade "THE ART OF
ELECTRONICS" in beispielhafter Art und Weise in das Thema
Transistorschaltungstechnik einführt. Du hast dann angefangen mit deinem
ungenügenden Viertelwissen einzelne Baugruppen aneinander zu hängen ohne
dir darüber Gedanken zu machen wie sich die einzelnen Baugruppen
gegenseitig beeinflussen. Hinzu kommt das du zwar erst auf Seite 110 des
Buches angekommen trotzdem schon Techniken verwendest, die erst späten
im Buch folgen (das Konzept Rückkopplung ab Seite 223, Grundlagen der
Operationsverstärker ab Seite 224).
Ich würde dir deshalb raten noch einmal von vorne anzufangen und die im
obigen Buch dargestellten Schaltungen mal in der Wirklichkeit (also mit
echten Bauteilen auf einer aufzubauen) und zu sehen was wirklich
passiert.
Typisch ist auch das fundierte Kritik als persönliche Angriff auf die
eigene Person gewertet wird, an statt sich zu fragen was hinter den
einzelnen kritisierten Punkte steckt. Noch ein Tipp: bevor man in diesem
Forum als Anfänger einen Beitrag schreibt, sollte man erst eine Zeit
lang nur lesen. Dann erkennt man schnell an Hand der Antworten auf
gestellte Fragen wer hilfreiche Antworten gibt und kann sich dann daran
orientieren ob eine Kritik dieser Personen fundiert ist oder nicht.
In diesem Sinne:
> Nichts für ungut.
rhf
hlm schrieb:> Du benutzt aber Abblockkondesatoren direkt an den Anschlusspins des> OpAmps?!?!?!?!?!?!?!?!!!!!!!!!!!!!!>> z.B. keramisch 100nF
Zum wiederholten Male: zur Zeit simuliert er nur, da ist das egal.
(Und auch zum wiederholten Male: Ja, natürlich wäre das bei einem echten
Aufbau wichtig.)
Achim S. schrieb:> gute Idee, lass uns rechnen: über R11 fließen maximal 10mA. Der OPV muss> diesen Strom dividiert durch die Stromverstärkung von Q12 treiben> können. Wenn ich mal eine Stromverstärkung von 200 annehme wird der> OPV-Ausgang mit 10mA/200=50µA belastet. Dafür braucht der sicher keine> Push-Pull Stufe. Schmeiß die aus der Schaltung raus (wie auch alle> anderen schon gesagt haben).
Gut. Dann kommt jetzt meine Gegenrechnung/Gegenüberlegung und wir lassen
dann das Volk entscheiden, was sich plausibler anhört.
Ein Transistor treibt nicht einfach beta*Basisstrom durch den Kollektor.
Da hat der Kollektorwiderstand auch noch ein Wörtchen mitzureden.
Wie hier offenkundig ersichtlich ist, können max. ca. Vcc/40KOhm =
230V/40kOhm =~ 6mA in den Kollektor von Q12 fließen.
Was ist nun, wenn die Stromquelle bzw. Senke aber 10mA erwartet?
Der zusätzliche Strom, der aus dem Emitter von Q12 fließen muss von Ib
kommen.
> Zum Schwingen: OPV starten zu schwingen, wenn ihre Rückkopplung eine zu> große Phasenverschiebung aufweist und die Verstärkung der Geamtschleife> noch größer 1 ist. Wie oben schon gesagt: du hast in der Schleife eine> Verstärkung von 40 (durch die "Spannungsverstärkerstufe") und teilst> danach nur um den Faktor 20 runter - du erhöhst also die> Schleifenverstärkung auf diesem Pfad um den Faktor 2, was immer> zumindest Schwinggefahr bedeutet. Wenn du den Teiler für Feedback auf> den Faktor 40 statt 20 einstellst, ist dieses eine Problem schon mal> weg.
Auch hier hab ich eine andere Meinung:
Wenn man sich das ausrechnet, kommt man zu dem Ergebnis, dass die
Differenzverstärkung ca. Rc/2R_E ist also 40KOhm/(2*1kOhm) = 20.
Man kann auch das Diagramm zu rate Ziehen und die Amplituden der Sinus
vergleichen.
Die Verstärkung am feed_back ist damit < 1.
> Deshalb wirf R29 als Widerstand raus, ersetze ihn aber durch einen> Kondensator, der bei den kritischen Frequenzen (wo das Schwingen> stattfindet) genügend Phasenreserve bietet. Schau in der Simu, bei> welcher Frequenz die Schwingung läuft, und dann dimensioniere den> Rückkoppelkondsator so, dass die Grenzfrequenz aus Rückkoppelkondensator> und dem Widerstand des Feedback-Netzwerks (im wesentlichen 50kOhm)> gerade bei der Schwingfrequenz liegt.
Das werde ich probieren. Letztendlich brauch ich den OpAmp aber nicht
zwingend. Der scheint für mich immo schwer beherrschbar zu sein, dann
werfe ich ihn am besten raus und baue die (reale ) Schaltung erstmal
ohne auf.
Wenn ich das Wissen um den OpAmp erworben habe kann ichs nochmal mit ihm
versuchen.
Achim S. schrieb:> Na, lass die Kirch mal im Dorf. Es wurde - in verschieden angemessen> Formulierungen - gesagt, dass die Schaltung nicht funktionieren kann.
Dass die Schaltung so nicht funktioniert ist mir klar, das habe ich in
der Simulation festgestellt.
Über die „angemessenen Formulierungen“ andere Nutzer lässt sich
streiten. Bei einigen Beiträgen stimmt selbst ein Großteil der Annahmen
nicht, mit denen begründet wird, wieso die Schaltung nicht funktioniert.
Roland F. schrieb:> Man kann aber nicht einfach irgend welche "Schaltblöcke" beliebig> kombinieren und darauf hoffen das sie sich nicht gegenseitig> beeinflussen.
Sehr richtig, dazu dienen z.B. die Push-Pull Stufen mit ihrer höherer
Eingangsimpedanz, die die vorherigen Verstärkerstufen nicht belasten
sollen.
Aber ich bin für Alternativen offen.
> Typisch ist auch das fundierte Kritik als persönliche Angriff auf die> eigene Person gewertet wird, an statt sich zu fragen was hinter den> einzelnen kritisierten Punkte steckt.
Ich versuche hier jeden Kritikpunkt zu erfassen und zeitnah abzuarbeiten
und etwas dazu zu posten. Das sollte dir eigentlich aufgefallen sein.
Wenn ich etwas übersehen haben sollte, kannst du mich gerne nochmal
drauf hinweisen, dann schau ichs mir nochmal an.
mse2 schrieb:> Zum wiederholten Male: zur Zeit simuliert er nur, da ist das egal.> (Und auch zum wiederholten Male: Ja, natürlich wäre das bei einem echten> Aufbau wichtig.)
So seh ich das auch. Ich baue in der Simulation oft keine Kondensatoren
ein, weil die Strom- und Spannungsquellen nahezu ideal sind. Die
Leitungen haben auch keinen Widerstand.
Das ganze Versorgungsnetz hat Spannungen, die flach wie ein Brett sind.
Schaden kann das eifügen ein paar Kondensatoren aber nicht und es
beruhigt sicher einige Gemüter.
CommonMode schrieb:> Wie hier offenkundig ersichtlich ist, können max. ca. Vcc/40KOhm => 230V/40kOhm =~ 6mA in den Kollektor von Q12 fließen.>> Was ist nun, wenn die Stromquelle bzw. Senke aber 10mA erwartet?> Der zusätzliche Strom, der aus dem Emitter von Q12 fließen muss von Ib> kommen.
Du meinst, du hast die Schaltung so ausgelegt, dass die Transistoren des
Spannungsverstärkers in Sättigung gehen? Dann geht die Stromverstärkung
der Transistoren tatsächlich in die Knie. Aber die Lösung besteht dann
nicht darin, mit einer Vorstufe beliebig viel Strom durch die Basis zu
treiben. Die Lösung besteht darin, die Schaltung richtig auszulegen
(also so, dass die Transistoren des Spannungsverstärkers im linearen
Bereich bleiben).
CommonMode schrieb:> Auch hier hab ich eine andere Meinung:> Wenn man sich das ausrechnet, kommt man zu dem Ergebnis, dass die> Differenzverstärkung ca. Rc/2R_E ist also 40KOhm/(2*1kOhm) = 20.
Stimmt, da habe ich zu kurz gedacht. Die Stromquelle sorgt dafür, dass
bei einer Spannungsänderung am OPV-Ausgang nur die Hälfte davon als
Spannungsänderung am Emitterwiderstand bleibt. Die Verstärkung ist also
tatsächlich nur 1/2 *40k/1k. Aber trotzdem ist die Schleifenverstärkung
bei der "kritischen Frequenz", bei der die Gegenkopplung in Mitkopplung
umschlägt, leider noch zu groß (sonst gäbs die Schwingneigung nicht,
wegen der du den Thread eröffnet hast)
> Man kann auch das Diagramm zu rate Ziehen und die Amplituden der Sinus> vergleichen.
Tja, das fällt leichter, wenn man die Simu vor sich hat statt nur ein
Bildchen davon im Internet zu sehen :-)
CommonMode schrieb:> Das werde ich probieren. Letztendlich brauch ich den OpAmp aber nicht> zwingend. Der scheint für mich immo schwer beherrschbar zu sein, dann> werfe ich ihn am besten raus und baue die (reale ) Schaltung erstmal> ohne auf.
Das eigentliche Problem heißt nicht "OpAmp" sondern "Rückkopplung".
(Wobei es natürlich OpAmps im Linearbetrieb ohne Rückkopplung nicht
gibt). Sobald du gegenkoppelst musst du dir Gedanken über die
Schwingneigung des Systems machen. Ohne Rückkopplung hast du diese Sorge
nicht aber dafür hast du das Problem der Nichtlinearitäten und der
Genauigkeit.
Wenn du den OpAmp nicht über alles Rückkoppeln würdest (sondern nur von
seinem Ausgang auf den inv Eingang) wäre die Schwingung ja
schätzungsweise auch verschwunden, oder? So betreibst du es ja
wahrscheinlich auch mit der idealen Spannungsquelle, bei der keine
Schwingung auftritt.
CommonMode schrieb:> Über die „angemessenen Formulierungen“ andere Nutzer lässt sich> streiten.
Richtig. Und da kann man entweder deeskalieren oder die Sache
aufbauschen - deine Entscheidung.
CommonMode schrieb:> mse2 schrieb:>> Zum wiederholten Male: zur Zeit simuliert er nur, da ist das egal.>> (Und auch zum wiederholten Male: Ja, natürlich wäre das bei einem echten>> Aufbau wichtig.)>> So seh ich das auch. Ich baue in der Simulation oft keine Kondensatoren> ein, weil die Strom- und Spannungsquellen nahezu ideal sind. Die> Leitungen haben auch keinen Widerstand.
Ideale Quellen sind Mist: Die können unendlich Strom aufnehmen/liefern,
und doch bleibt die Spannung genau gleich.
Dass das die exakte Definition eines Kurzschlusses. Jedes Bauteil
parallel zu einer idealen Quelle hat genau gar keinen Effekt und ist
damit überflüssig wie ein Kropf.
Einer der fiesen Fallstricke bei der Simulation...
> Wie hier offenkundig ersichtlich ist, können max. ca. Vcc/40KOhm => 230V/40kOhm =~ 6mA in den Kollektor von Q12 fließen.>> Was ist nun, wenn die Stromquelle bzw. Senke aber 10mA erwartet?> Der zusätzliche Strom, der aus dem Emitter von Q12 fließen muss von Ib> kommen.
Nein, der kommt von Q10, solange Du die Schaltung nicht in die
Übersteuerung treibst, was ja wohl nicht der Normalfall sein sollte
(wozu sonst hast Du da so einen Differenzverstärker).
Und für den Nicht-Normalfall, also Übersteuerung, muß man ja nicht
unbedingt endlos Strom in die Basis punmpen. Deswegen ist deine
PushPull-Stufe vollkommen fehl am Platze.
Dein LT1006 kann die 10mA in dem Falle auch treiben, auch wenn nicht
mehr bei vollem Spannungshub. Aber das wäre ja dann auch eher egal. Das
sagt ja auch das DB:
"Although supply current is only 340 μA, a novel output
stage can source or sink in excess of 20mA while retaining
high voltage gain."
Kaputt geht er davon jedenfalls nicht - also weg mit der sinnlosen
PushPull.
Achim S. schrieb:> Du meinst, du hast die Schaltung so ausgelegt, dass die Transistoren des> Spannungsverstärkers in Sättigung gehen? Dann geht die Stromverstärkung> der Transistoren tatsächlich in die Knie. Aber die Lösung besteht dann> nicht darin, mit einer Vorstufe beliebig viel Strom durch die Basis zu> treiben. Die Lösung besteht darin, die Schaltung richtig auszulegen> (also so, dass die Transistoren des Spannungsverstärkers im linearen> Bereich bleiben).Jens G. schrieb:> Nein, der kommt von Q10, solange Du die Schaltung nicht in die> Übersteuerung treibst, was ja wohl nicht der Normalfall sein sollte> (wozu sonst hast Du da so einen Differenzverstärker).> Und für den Nicht-Normalfall, also Übersteuerung, muß man ja nicht> unbedingt endlos Strom in die Basis punmpen. Deswegen ist deine> PushPull-Stufe vollkommen fehl am Platze.> Dein LT1006 kann die 10mA in dem Falle auch treiben, auch wenn nicht> mehr bei vollem Spannungshub. Aber das wäre ja dann auch eher egal. Das> sagt ja auch das DB:
Klar kann ich Q12 im linearen Bereich betreiben, brauch bloß R23 auf
0Ohm zu setzen.
Das wird hier aber nicht gehen.
Wenn man sich das überschlagsmäßig überlegt, fallen im worst case ca.
220V über Q12 bei 10mA ab, also 2,2W Verlustleistung o.O
Zum einen macht das das TO-92 Gehäuse nicht mit, zum anderen ist der
Aufbau diskret und die thermische Kopplung schlecht. Das würde den
Mismatch zwischen den Transistoren nur noch verstärken.
Da pumpe ich lieber bisschen mehr Strom durch die Basis.
Steakholder schrieb:> Einer der fiesen Fallstricke bei der Simulation...
Stimmt.
Umso besser es mal mit realen Quellen endlicher Impedanzen
auszuprobieren.
Achim S. schrieb:> Wenn du den OpAmp nicht über alles Rückkoppeln würdest (sondern nur von> seinem Ausgang auf den inv Eingang) wäre die Schwingung ja> schätzungsweise auch verschwunden, oder? So betreibst du es ja> wahrscheinlich auch mit der idealen Spannungsquelle, bei der keine> Schwingung auftritt.
Korrekt!
Summa summarum:
Ich werde die Schaltung einfach mal Aufbauen (ohne OpAmp) und schauen
was rauskommt.
Danke für die Antworten.
Achim S. schrieb:> Und wenn die Simu dann irgendwann mal gut läuft, wirst du> ggf. feststellen, dass es in der Realität nochmal schwieriger wird
Dann wird er auch merken, was mit SOA und Second Breakdown gemeint ist.
CommonMode schrieb:> Klar kann ich Q12 im linearen Bereich betreiben, brauch bloß R23 auf> 0Ohm zu setzen.
Klar, man findet für jeden richtigen Vorschlag auch eine nicht
funktionierende Umsetzung.
Wenn 40kOhm zu viel sind ist der nächstliegende Wert vielleicht nicht
gleich 0Ohm, es gibt auch noch Werte dazwischen. Oder du reduzierst den
Strom der Quelle I1 so weit, dass 40kOhm nicht zu viel sind. Aber ne:
lieber nicht über möglicherweise funktionierende Lösungen nachdenken,
damit man mit der Notwendigkeit einer Push-Pull Stufe Recht behalten
kann.
Ein Tipp zur generellen Herangehensweise: wenn du nicht nur die Bilder
deiner Simu anhängst sondern auch das asc-File (und ggf. Modelle von
nicht-Standard Bauteilen dazu), dann können die anderen Mitdiskutanten
sehr viel schneller mal was umstricken und dir Lösungen zeigen.
Aber extra dir zuliebe habe ich eine modifizierte Schaltungsvariante mal
eingegeben. Ohne Push Pull Stufe, ohne abstruse Basisströme, ohne
Schwingungen. (du kannst die Schwingungen aber wieder einschalten, indem
du mit dem Wert von Cf spielst.)
CommonMode schrieb:> Zum einen macht das das TO-92 Gehäuse nicht mit
Dir ist hoffentlich klar, dass die simulierten BC547/557 einen realen
Aufbau ohnehin keine Sekunde überleben würden - egal ob mit 40kOhm am
Kollektor oder nicht. Auch in meiner Simu sind alle Transistoren nur
Simulationsdummies, real würden die sofort zerstört werden.
Achim S. schrieb:> Klar, man findet für jeden richtigen Vorschlag auch eine nicht> funktionierende Umsetzung.
Das machst du nicht anders.
du willst die Push-Pull Stufe unbedingt vermeiden zu dem preis dass
deine schaltung eine niedrigere eingangsimpedantz hat.
Auch ist das nicht mehr die gleiche schaltung, weil du den Abeitspunkt
verändert hast.
Dadurch, dass du die stromsenke verkleinert hast liegt jetzt bei 0V am
eingang nicht mehr nur 20-30v? am ausgang, sondern über 100v.
Der eingang muss jetzt negativ angesteuert werden um nahe 0V am ausgang
zu kommen.
Die schaltung verhält sich anders. Also bitte fair bleiben!
Aber kann man natürlich so machen.
Anand schrieb:> Das machst du nicht anders.
sehe ich anders :-)
Anand schrieb:> du willst die Push-Pull Stufe unbedingt vermeiden zu dem preis dass> deine schaltung eine niedrigere eingangsimpedantz hat.
sehe ich anders: der Eingang der Schaltung ist der OPV-Eingang, mit
einer ausgesprochen hohen Eingangsimpedanz.
Anand schrieb:> Dadurch, dass du die stromsenke verkleinert hast liegt jetzt bei 0V am> eingang nicht mehr nur 20-30v? am ausgang, sondern über 100v.
sehe ich anders. Der Eingang der Schaltung ist am Eingang des OPV. Wenn
dort 0V anliegen, dann liegen am Ausgang der Schaltung 100mV an (siehe
angehängte Simu). Das finde ich als Offset bei einem 200V-Verstärker
noch erträglich.
Welche Spannung in dem Moment an der Basis des Transistors anliegen ist
mir wurscht, solange es im Aussteuerbereich des OPV liegt und der
Transistor im linearen Bereich arbeitet (was beides der Fall ist).
Anand schrieb:> Die schaltung verhält sich anders.
Sie verstärkt die Eingangsspannung genau um den Faktor 21. Welche andere
Funktion hättest du dir denn gewünscht?
Ist mir aber genau genommen auch egal. Wenn dir deine Version mit der
Push-Pull-Stufe besser gefällt, dann kannst du gerne bei der bleiben.
Ich wollte dir zeigen, was eine mögliche Lösung für deine ursprüngliche
Frage ist ("wie wird man das Schwingen los?"). Zum Streiten, ob die
grandiose Push-Pull Stufe sein muss oder nicht, fehlt mir die Lust :-)
Nutze sie gerne und hab Spass daran, ich klinke mich aus der Diskussion
aus.
Achim S. schrieb:> Aber extra dir zuliebe habe ich eine modifizierte Schaltungsvariante mal> eingegeben.
Ja, schon viel besser, nur frage ich mich schon die ganze Zeit, wozu
eigentlich der Diff gut sein soll. Man könnte doch einfach die Quelle I3
durch einen Transistor in Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung (RE)
ersetzten und den direkt mit dem OPV ansteuern. Man kann da eine
Verstärkung von ~20 wie beim Diff einstellen und spart sich einen Haufen
Krempel.
ArnoR schrieb:> Man könnte doch einfach die Quelle I3> durch einen Transistor in Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung (RE)> ersetzten und den direkt mit dem OPV ansteuern. Man kann da eine> Verstärkung von ~20 wie beim Diff einstellen und spart sich einen Haufen> Krempel.
Der Diffamp verstärkt um +20, eine einfache Verstärkerstufe hätte -20.
Dann müsste man zumindest an der Gegenkopplung rumwursteln, damit das
Vorzeichen wieder stimmt.
Achim S. schrieb:> Der Diffamp verstärkt um +20, eine einfache Verstärkerstufe hätte -20.> Dann müsste man zumindest an der Gegenkopplung rumwursteln, damit das> Vorzeichen wieder stimmt.
Man braucht doch nur die OPV-Eingänge tauschen.
ArnoR schrieb:> Man braucht doch nur die OPV-Eingänge tauschen.
Ja klar, ich wollte nicht sagen, dass es nicht funktionieren würde (nur
dass man halt die Gegenkopplung anders bauen müsste).
Bei meinem Schaltungsvorschlag wollte ich auch nahe an der
Originalschaltung des TO bleiben (zumindest an den aus meiner Sicht
sinnvollen Bestandteilen davon) um ihm zu zeigen, wie man seiner
Schaltung das Schwingen abgewöhnt (zumindest in der Simu).
circuit_v2.PNG
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sinus_1nF_load_v3.PNG
(13 KB)
sinus_10nF_load_v2.PNG
(8,2 KB)
