Hallo,
in den Datenblättern zu OpAmps wird meistens bei den Features extra
erwähnt, wenn ein OpAmp Unity Gain fähig ist. Manchmal liest man auch,
dass Unity Gain den OpAmp maximal fordert und dass man dort spezielle
Vorkehrungen treffen muss, damit er nicht schwingt.
Wieso ist das so? Unity Gain heisst doch einfach nur, dass es sich um
einen Spannungsfolger handelt. Was ist daran anspruchsvoller als eine
Verstärkung um Faktor 100? Ich hätte eher darauf getippt, dass hohe
Verstärkungen anspruchsvoll sind und nicht umgekehrt.
Timmy schrieb:> Ich hätte eher darauf getippt, dass hohe> Verstärkungen anspruchsvoll sind und nicht umgekehrt.
In Bezug auf Feedback gibt es so einige Zusammenhänge,
welche der "menschlichen Intuition" widersprechen.
Dieses zuerst Kontraintuitive Eigenschaft kann man wie folgt erklären:
Ein normaler nichtinvertierender Verstärker besteht aus einem Opamp und
einem Spannungsteiler. Betrachtet man den Spannungsteiler für sich
alleine hat dieser einen Gain <= 1. Je höher die Verstärkung des
Gesamtsystems, desto geringer ist der Gain des Spannungsteilers.
Für die Stabilität ist aber der Open Loop Gain des Systems entscheidend.
Hat man einen x1000 Verstärker, so ist der Open Loop Gain "H(opamp) *
1/1000". Bei einem Spannungsfolger, mit effektiv einem 1/1
Spannungsteiler, hat man "H(opamp) * 1/1". Der Open Loop Gain ist damit
massiv höher.
Geht der loop gain runter, geht der Gesamtgain hoch. Der worstcase ist
bei einem Spannungsfolger erreicht, 1 ist der maximale Gain. Nicht alle
Opamps kommen damit klar.
PS: auch für Opamps die nicht unity gain stable sind, gibt es eine
Trickschaltung™ welche sie stabil macht.
Ingo L. schrieb:> Also in der Praxis nicht 0dB sondern lieber> weniger -4dB?
Ist wie beim Autofahren, auf der Rennstrecke kann man ans Limit gehen,
im Straßenverkehr sollte man stets Reserven haben.
Der Opamp ist mit seiner Gegenkopplung ein Regelkreis.
Wenn ein OPamp mit Grenzfrequenz (Verstärkungs-Bandbreite-Produkt) 4MHz
auf v=100 gegengekoppelt wird, wird bei etwa 40kHz eine
Phasenverschiebung von etwa 90° zwischen -E und Aus erreicht, die
Schwingbedingung ist dann aber noch nicht erfüllt, weil der
Gegenkopplungsteiler die Ausgangsspannung ja weit herunterteilt. Bei
noch höheren Frequenzen entsteht zwar weitere Phasenverschiebung aber
weil der Rückkopplungsteilfaktor so hoch ist kommt es nicht zum
Schwingen. (Stichwort Ringverstärkung im Regelkreis)
Bei V=1 ist die Phasenverschiebung des Opamp bei 90°. Für eine weitere
Phasenverschiebung reicht auch schon eine minimale kapazitive Last am
Ausgang oder ein weiteres RC-Glied innerhalb des OPamp und die
Schwingbedingung ist erfüllt, weil ja das Ausgangssignal ungeteilt auf
den -E-Eingang kommt.
Und bei 4MHz kommt da weitaus mehr ungewolte Phasenverschiebung vor als
bei den 40kHz
Timmy schrieb:> in den Datenblättern zu OpAmps wird meistens bei den Features extra> erwähnt, wenn ein OpAmp Unity Gain fähig ist. Manchmal liest man auch,> dass Unity Gain den OpAmp maximal fordert und dass man dort spezielle> Vorkehrungen treffen muss, damit er nicht schwingt.
Es ist nicht besonders aufwändig, die Unity Gain fähigkeit
verschlechtert aber andere Eigenschaften des OPV, z.B. die
Traqnsitfrequenz.
Harald W. schrieb:> Es ist nicht besonders aufwändig, die Unity Gain fähigkeit> verschlechtert aber andere Eigenschaften des OPV, z.B. die> Traqnsitfrequenz.
Kondensatoren kosten Fläche auf dem Die.
hinz schrieb:> Kondensatoren kosten Fläche auf dem Die.
Aus meinen Anfangstagen kenne ich das noch so, daß jeder OPV extern
frequenzkompensiert werden mußte. Schaltungstechnisch hat das den
Vorteil, daß man die höchste Bandbreite für die geforderte Verstärkung
bekommt. Und den Nachteil, daß man weitere Bauteile und Pins am Gehäuse
braucht.
Axel S. schrieb:> Aus meinen Anfangstagen kenne ich das noch so, daß jeder OPV extern> frequenzkompensiert werden mußte.
Ja, die berühmten µA702 und µA709 von Bob Widlar und Dave Talbert.
Verdammt lang her...
Warum geraten russische Autofahrer wegen jeder Kleinigkeit gleich derart
ins Schleudern, daß sie im Graben landen? Weil sie Wodkabedingt
verzögert reagieren, und dann zu stark gegenlenken.
Sowas ähnliches geschieht in einer Verstärkerschaltung, die nicht
verstärken darf.
Die Spannung am Kollektor von T6 ändert sich schneller, als die
Eingangsstufe reagieren kann. Bei 100-Prozentiger Gegenkopplung fällt
dann die Reaktion zu heftig aus. Die Schaltung kommt ins Schleudern.
Der Kondensator zwischen Basis und Emitter von T6 bremst die
Spannungsänderung am Kollektor soweit, daß die Eingangsstufe rechtzeitig
gegensteuern kann. Und alles ist gut.
der schreckliche Sven schrieb:> Die Spannung am Kollektor von T6 ändert sich schneller, als die> Eingangsstufe reagieren kann. Bei 100-Prozentiger Gegenkopplung fällt> dann die Reaktion zu heftig aus. Die Schaltung kommt ins Schleudern.> Der Kondensator zwischen Basis und Emitter von T6 bremst die> Spannungsänderung am Kollektor soweit, daß die Eingangsstufe rechtzeitig> gegensteuern kann. Und alles ist gut.
Das ist eine schrecklich falsche Erklärung, in der auch noch Slewrate
und Polfrequenzen durcheinander gebracht werden.
Die Stufe T6 ist auch ohne den Kondensator die langsamste Stufe in der
Schaltung, der Diff ist viel schneller. Den Diff langsamer zu machen,
würde nur einen weiteren Pol in der Schleife erzeugen und die Schaltung
noch instabiler machen. Tatsächlich wird durch den Kondensator (unter
Ausnutzung des Miller-Effekts) der schon von Natur aus niedrigste Pol am
Eingang des T6 weiter erniedrigt und gleichzeitig dessen Ausgangspol
erhöht. Damit erreicht man einen größeren Abstand zwischen erstem und
zweitem Pol und die Absenkung der Schleifenverstärkung unter 1, bevor
die Phasendrehung zu groß wird.
Die Anstiegsgeschwindigkeit am Kollektor T6 wird durch den Ausgangsstrom
des Diff begrenzt, weil damit ja der Kondensator umgeladen werden muss.
Das ist ein Effekt, der sich aus der Frequenzgangkorrektur ergibt.
IUnknown schrieb:> Für die Stabilität ist aber der Open Loop Gain des Systems entscheidend.
Es ist nicht die "Open Loop Gain" entscheidend für die
Stabilitätsbetrachtung, sondern die Schleifenverstärkung: 1+A*H
Bei Unity-Gain wird dann eben H=1 womit dann die Schleifenverstärkung
der Open-Loop-Verstärkung entspricht.
Wollte das nur nochmal klar differenzieren, nicht dass es beim TO
Verwirrung stiftet.
der schreckliche Sven schrieb:> Der Kondensator zwischen Basis und Emitter von T6
Da ist mir tatsächlich ein schrecklicher Rechtschreibfehler passiert.
Emitter soll natürlich Kollektor heißen.
Übrigens rate ich Euch erstmal ein paar Bierchen zu zischen, vielleicht
versteht Ihr meine Schleuder-Theorie dann ein bißchen besser.
