Vor allem bei „modernen“ oder portablen Schaltungen mit möglichst geringen Versorgungsspannungen werden gerne Rail-to-Rail Operationsverstärker eingesetzt, um den Versorgungsspannungsbereich möglichst gut auszunutzen. Der Preis für die Rail-to-Rail Fähigkeit ist allerdings hoch – man kann sich damit allerhand Probleme einhandeln.
Zuallererst muss man sich klarmachen, dass die Ausgangsstufe niemals ganz den Wert der positiven bzw. negativen (wird sehr oft 0V, GND, Masse, … sein) Versorgungsschiene erreichen kann. Je nach Last (und Betriebstemperatur!) braucht auch ein Rail-to-Rail Operationsverstärker einen Spielraum von einigen wenigen mV bis hin zu ein paar 100 mV.
Besonders interessant ist das Verhalten, wenn der Ausgang über die zulässigen Grenzen betrieben wird, z.B. bei zu großer Verstärkung. Im Idealfall wird der Ausgang sanft in Sättigung gehen. Leider gibt es auch ICs, deren Ausgang bei Überschreiten einer gewissen Grenzspannung hart sättigt, also sprunghaft den Wert der positiven bzw. negativen Versorgungsspannung annimmt. Die Erholung aus diesem Zustand dauert im schlimmsten Fall auch eine gewisse Zeit und führt zu weiteren Signalverzerrungen. Besonders gemein ist, dass derselbe Operationsverstärker mal das eine und mal das andere Verhalten zeigen kann, abhängig von den Betriebsbedingungen.
Ein weiterer interessanter Effekt sind Verzerrungen durch die Eingangsstufe, bekannt als Input Crossover Distortion. Die Eingangsstufe der allermeisten Rail-to-Rail Operationsverstärker besteht, vereinfacht ausgedrückt, aus zwei Schaltungen, von denen die eine für den unteren und die andere für den oberen Eingangsspannungbereich zuständig ist. Daher gibt es zwangsläufig einen Übergangsbereich, in dem beide Schaltungsteile teilweise aktiv sind und es zu Verzerrungen kommt. Spezielle Typen (No oder Zero Crossover) haben dieses Problem nicht, aber die Hersteller lassen sich dieses Feature gut bezahlen und die Auswahl ist nicht besonders hoch.
Abschließend bleibt zu sagen, dass wenn sich der Einsatz eines Rail-to-Rail Operationsverstärker nicht vermeiden lässt, besondere Vorsicht geboten ist.
Was für ein oberflächlicher Artikel. Das Niveau dieser 'informativen'
Beiträge sinkt immer weiter. Null nutzbarer Inhalt. Wie wäre es denn mal
mit realen Beispielen aus den Datenblättern oder einem Oszillogramm.
Oder Wenigstens einer Simulation. RRIO ist tatsächlich ein wichtiges
Thema. Aber es in dieser Form abzuhandeln ist doch eher ein schlechter
Scherz
Ich mag den LM358 und auch den MAX4412 (R2R-Outputs), die können auch
noch unter 0V messen, das ist ganz nett bei der Strommessung meiner
gesamten Schaltung. Der Nutzer will ja wissen was sein Gerät aktuell so
verbraucht.
Schöner Beitrag Luky.
Cab_leer schrieb:> Was für ein oberflächlicher Artikel. Das Niveau dieser 'informativen'> Beiträge sinkt immer weiter. Null nutzbarer Inhalt.
Der Profi weiß es, dem Hobbybastler erspart es viele wüste Flüche.
Naja... Die einzige Aussage ist doch, dass es nicht DEN OPV gibt, der
alles kann und 10ct kostet. Sprich man muss eben wissen, was man braucht
bzw wo man Kompromisse machen kann und muss - gilt das nicht überall im
Leben? Und sollte das dann nicht auch ein Bastler wissen?
Luky S. schrieb:> Leider gibt es auch ICs, deren Ausgang bei Überschreiten einer gewissen> Grenzspannung hart sättigt, also sprunghaft den Wert der positiven bzw.> negativen Versorgungsspannung annimmt
Echt ? Welche sind dss denn, und wie sieht das Experiment aus bzw. steht
es im Datenlatt ?
MaWin schrieb:> Luky S. schrieb:>> Leider gibt es auch ICs, deren Ausgang bei Überschreiten einer gewissen>> Grenzspannung hart sättigt,
Da werde wohl noch andere Effekte wirken.
Der MAX4412 will eine Differenz von maximal 2.5V an den Eingängen sehen,
bei einer Überschreitung der Differenz wird er sich auch unvorhergesehen
verhalten.
Durch den hohen Strom in die Eingänge darf man ihn auch nicht so
hochohmig anschließen um kein künstliches Offset zu erzeugen. Ein Haufen
kleiner Dinge die man wissen muss damit es funktioniert.
Es gibt genügend ET-Masterstudenten die nur mit einem idealen OpAmp
gerechnet haben.
Ich finde den Artikel hilfreich, denn er liefert mir schnell gleich zwei
Gründe, daß und warum die herkömmlichen OP-Amps noch nicht ausgedient
haben.
Über Details kann man sich ja anhand der Datenblätter informieren. So
habe auch jeden Fall schonmal im Kopf, worauf ich achten sollte.
Stefan U. schrieb:> Ich finde den Artikel hilfreich, denn er liefert mir schnell gleich zwei> Gründe, daß und warum die herkömmlichen OP-Amps noch nicht ausgedient> haben.>
Eigentlich wurde nichts Neues erzählt.
> Über Details kann man sich ja anhand der Datenblätter informieren. So> habe auch jeden Fall schonmal im Kopf, worauf ich achten sollte.
Wer die Welt ohne rail2rail noch kennt, der liest die Datenblätter immer
sorgfältig und achtet auf die entsprechenden Parameter. Eigentlich auch
nichts Neues.
mfg Klaus
Jeder LM358 verdient einen Artikel 'Über die grossen Probleme beim
LM358', ein Bauteil, das einem Rail-To-Rail Opamp haushoch unterlegen
ist und sich trotzdem hartnäckig in den Verkaufslisten und Bastelkisten
hält. Phase Reversal kommt bei sehr, sehr vielen Opamps vor und es ist
keine neue Erkenntnis, das Überschreiten der Absolute Maximum Ratings
oder den empfohlenen Betriebsparametern zu einer Verringerung der
Performance führt.
Das gilt übrigens für alle Bauteile. R2R Opamps jedenfalls nähern sich
dem idealen Opamp weiter, als das jeder 741, TL071 oder LM358 je könnte.
Matthias S. schrieb:> R2R Opamps jedenfalls nähern sich> dem idealen Opamp weiter, als das jeder 741, TL071 oder LM358 je könnte.
Das ist in 1. Näherung vollkommen richtig.
Matthias S. schrieb:> Jeder LM358 verdient einen Artikel 'Über die grossen Probleme beim> LM358', ein Bauteil, das einem Rail-To-Rail Opamp haushoch unterlegen> ist und sich trotzdem hartnäckig in den Verkaufslisten und Bastelkisten> hält.
Na ja, welche R2R verträgt es, eine Eingangsspannung (bis 32V) an den
Eingängen zu haben, wenn die Versorgung geringer ist oder ausfällt, ohne
Strom von den Eingängen an die Ausgänge abzuleiten ?
Der Artikel ist aber doch wirklich Mist.
"Abschließend bleibt zu sagen, dass wenn sich der Einsatz eines
Rail-to-Rail Operationsverstärker nicht vermeiden lässt, besondere
Vorsicht geboten ist."
-- Wenn es sich nicht vermeiden lässt, die Straße zu überqueren, ist
ebenfalls besondere Vorsicht geboten.
Und setzt man keinen R2R-OP ein, ist auch besondere Vorsicht
geboten, sonst kommt es bei Übersteuerung zur Phasenumkehr!:
https://electronics.stackexchange.com/a/234579
Könntet ihr vielleicht einige R2R OPVs nennen, die zu den Guten ihrer
Zunft gehören. Mit einer solchen Starthilfe könnte man dann für sein
jeweiliges Projekt schneller den Wunsch-OPV finden.
Die Angabe von eher zickigen OPVs wäre aber auch schon hilfreich.
Michael B. schrieb:>> Na ja, welche R2R verträgt es, eine Eingangsspannung (bis 32V) an den> Eingängen zu haben, wenn die Versorgung geringer ist oder ausfällt, ohne> Strom von den Eingängen an die Ausgänge abzuleiten ?LT1636 zum Beispiel.
Geniales Teil. Bis zu 40V über Versorgung mit nur 3V Versorgunsspannung.
Michael B. schrieb:> Na ja, welche R2R verträgt es, eine Eingangsspannung (bis 32V) an den> Eingängen zu haben, wenn die Versorgung geringer ist oder ausfällt, ohne> Strom von den Eingängen an die Ausgänge abzuleiten ?
Ich dachte immer das OP Amp Eingänge hochohmig sind. Deswegen frage ich
mich ob das stimmt.
Thomas O. schrieb:> Michael B. schrieb:>> welche R2R verträgt es, eine Eingangsspannung (bis 32V) an den Eingängen>> Ich dachte immer das OP Amp Eingänge hochohmig sind.
Nachdem die Hochspannung sich einen Weg durch die Isolierung gebrannt
hat, ist der rauchende Rest nicht immer hochohmig. (Bei sehr kleinen
Strukturen genügt schon eine relativ kleine Spannung, um eine starkes
elektrisches Feld aufzubauen; TI nennt 350 kV/cm als Grenze.)
>> wenn die Versorgung geringer ist oder ausfällt
Eine ESD-Schutz-Diode von einem Eingang zu VCC wird bei VCC=0 zu einer
Diode vom Eingang zu GND.
Thomas O. schrieb:> Ich dachte immer das OP Amp Eingänge hochohmig sind. Deswegen frage ich> mich ob das stimmt.
Na ja, irgendwann kommt die Eingangsschutzdiode oder
Rückwärts-Leitfähigkeit der BE-Strecke eines Bipolartransistors
dazwischen.
Moin schrieb:> Könntet ihr vielleicht einige R2R OPVs nennen, die zu den Guten ihrer> Zunft gehören.
Sehr preiswert sind ICL7611-ICL7621. Sehr geringer Ruhestrom und sehr
niedrige Versorgungsspannung möglich.
ICL7616 gibts gerade als Schnäppchen:
https://www.pollin.de/p/icl7616dcpa-101038AD822 ist rauscharm und läuft bis 30V Vcc, 1,8Mhz GBW, kein Phase
Reversal.
Schreiber schrieb:> Der Profi weiß es, dem Hobbybastler erspart es viele wüste Flüche.
Na ja, der Hobbybastler kauft sich am besten ein Buch und einig OpAmps
und probiert erstmal alle Grundschaltungen aus, fängt dann an für den
konkreten Einsatz zu planen und schafft sich einige Wald-und-Wiesen
OpAmps an, vergleicht dieses mit seinen speziellen, die er für seine
Anwendung raus gesucht hat. Er verbringt dann am besten Stunden vor dem
Oszi und schaut, wie sich seine Schaltung mit dem einen oder anderen
OpAmp verhält.
Wenn er das alles getan hat, dann vergleicht er das mit Ltspice und
sieht, dass die Simulation schon sehr nahe kommt, aber eben nicht die
Wirklichkeit ist.
Ich finde die meisten Leute wollen heute alles zu schnell. Als ich mich
anfing mit OpAmps zu beschäftigen, habe ich einige Wochen damit
verbracht, das gelesene in Schaltungen zu sehen und zu verstehen.
Auch wenn es dabei nicht geraucht hat (die ganze Zeit eigentlich nur
äußerst selten), so kann Rauch sehr lehrreich sein.
Ein wichtige Angabe ist auch, ob es zu einer Phasenumkehr bei
Übersteuerung kommt. Für einen Regelkreis ist sowas ganz schlecht.
Einmal aus dem Gleichgewicht gekommen, klemmt er sich am oberen oder
unteren Ende fest, da ja aus der Gegenkopplung nun eine Mitkopplung
geworden ist.
Ein Vertreter mit dieser negativen Eigenschaft ist z.B. der TS922.
Natürlich schreibt man sowas nicht ins Datenblatt, man verschweigt es
einfach.
Will man keine Phasendrehung, muß man einen OPV suchen, wo das explizit
drinsteht. Z.B. beim MC33202:
"No Phase Reversal on the Output for Over–driven Input Signals".
Ich hatte mal Lieferprobleme mit dem MC33202 und der Bestücker fragte,
ob er den TS922 nehmen könnte. Ich sagte ja. Mit dem Resultat, daß keine
Platine funktionierte und alle OPVs gewechselt werden mußten.
F. F. schrieb:> Als ich mich> anfing mit OpAmps zu beschäftigen, habe ich einige Wochen damit> verbracht, das gelesene in Schaltungen zu sehen und zu verstehen.
Versuche mit OpAmps sind für mich eine der wenigen Gründe, mal ein
Steckbrett zu verwenden - ich mach sonst gleich eine Fädelschaltung.
Aber mit den R2R OpAmps und ein paar Präzisions 10-Gang Potis kann man
viele tolle Schaltungen und deren Dimensionierung ganz leicht
ausprobieren, dank der nahezu idealen Eigenschaften der Dinger.
Anbei 2 Beispiele für 4-20mA Stromschleifen. Das eine ist ein 0-5V auf
4-20mA Konverter und das andere ein 2-Draht Temperatursensor.
Erst richtig interessant wurde es, als ich zwei Versorgungsspannungen
benutzte und dann einen Funktionsgenerator angeschafft hatte.
Vielleicht erinnerst du dich noch an meine Durchsageanlage fürs
Behindertenfahrzeug?
Leider ist das alles etwas verschüttet, in meinem Kopf und ich kann das
nur noch einigermaßen bei einer konkreten Problemstellung abrufen.
Matthias, an dein Niveau komme ich aber auch nicht mehr mit voll
funktionsfähigem Kopf ran.
Du stehst eh ganz oben auf meiner Heldenliste.
Bei dir lese ich immer wieder, so ganz nebenbei, aha, das hat er also
auch noch gemacht.
Ich krebs dann eher so rum und bin froh dich (und einige andere) ab und
zu mal was fragen zu dürfen.
Aber je mehr ich lerne, desto dümmer fühle ich mich, weil ich dann immer
erst merke wie viel mir noch an Wissen fehlt.
F. F. schrieb:> Vielleicht erinnerst du dich noch an meine Durchsageanlage fürs> Behindertenfahrzeug?
Klar - ich hoffe, das spielt jetzt alles so wie gewünscht.
> das hat er also> auch noch gemacht.
Ich kenne zu viel Verrückte :-) Die obigen Schaltungen habe ich für
einen Bekannten entwickelt, der sein Boot ausschliesslich mit alten
4-20mA Instrumenten ausrüstet, weil er die säckeweise hat. Das ganze
Cockpit soll so aussehen wie seine alte Kraftwerkszentrale...
Matthias S. schrieb:> Klar - ich hoffe, das spielt jetzt alles so wie gewünscht.
Hatte es, leider ist die Mutter (nicht meine!) verstorben.
Matthias S. schrieb:> Ich kenne zu viel Verrückte :-)
Das lernt und übt ganz sicher auch. ?
>Was haltet ihr denn vom OPA350 von Texas Instruments? Der ist Rail to
Wenn dir die max. 7V als Betriebsspannung ausreichen, dann ist er
sicherlich schon ganz gut.
Ist halt für Batteriebetrieb. Hast du Praxiserfahrungen mit dem?
Irgendwelche fiesen Besonderheiten? Das crossover-distortion Verhalten
scheint mir laut Datenblatt nicht allzustark ausgeprägt zu sein, aber da
fehlen mir Vergleich und Erfahrung um das wirklich zu beurteilen.
>Die Erholung aus diesem Zustand dauert im schlimmsten Fall auch eine gewisse Zeit
und führt zu weiteren Signalverzerrungen.
Heißt: Overload recovery time in Datenblättern. Es hilft doch immer,
wenn man die richtigen Begriffe kennt!
Im Falle des OPA 350 z.B. 0.1 us. von diesem relativ schnellen Hirsch
erwarte ich auch nix anderes.
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