LTSpice: Verstärkerschaltung nicht wie erwartet

[Rene K. (xdraconix)]

Ich gebe zu ich habe noch nicht so viel Erfahrung mit analoger Technik. 
Aber ich stehe gerade vor einem Problem mit einer Schaltung.

Ich habe eine variable Eingangsspannung (PTC) von 0.7V und will diese 
auf 3.3V verstärken. Jedoch arbeitet meine Schaltung, laut Spice, nicht 
wie erwartet (Siehe Bild) Grün ist der Eingang und Blau der Ausgang - 
ich dachte das der Ausgang linear zum Eingang arbeitet.

Kann mir dabei jemand helfen?!

[hinz (Gast)]

Du hast ja auch eine enorme Verstärkung eingestellt, ca. 50dB.

[Achim S. (Gast)]

Die richtige Antwort hat hinz dir schon gegeben.

Zur ergänzenden Info: R5 hat in deiner Simu 0,001Ohm.

Wenn du dort einen 1MOhm-Widerstand wolltest (nicht 1mOhm), dann musst 
du in LTSpice 1Meg schreiben

[Stefan F. (Gast)]

Zwei Fehler:

1) Maßlos hoher Verstärkungsfaktor
2) Fehlender DC-Offset in beiden Eingangssignalen (+ und -) bzw. 
fehlende negative Versorgungsspannung für den OP-Amp.

[Helmut S. (helmuts)]

Die Verstärkung deiner Schaltung ist
v=1+100000/270=371,37

Bei einer Eingangsspannung von 0,35V+0,5V kämen da theoretisch 
0,85V*371,37=315V heraus. Da du nur 3,3V Versorgungsspannung hast, hängt 
der Ausgang fast die ganze Zeit am Anschlag mit 3,3V.

Lösung: Die Verstärkung reduzieren.

[Stefan F. (Gast)]

> Ich habe eine variable Eingangsspannung (PTC) von 0.7V
> und will diese auf 3.3V verstärken.

Also ist der gewünschte Verstärkungsfaktor 4,7143

Bedenke aber auch, dass jeder Verstärker rauscht und Störungen 
verstärkt. Es kann besser sein, den ADC mit einer niedrigeren 
Referenzspannung zu betreiben damit die Verstärkung überflüssig wird.

[Sebastian S. (amateur)]

Tja, zwar reagiert Deine Schaltung nicht wie Du es erwartest, aber sie 
arbeitet wie "vorgegeben" - zumindest aus Sicht von LTSPICE.

[Rene K. (xdraconix)]

Ahhhhh.... Ja der Verstärkungsfaktor war schon genauso gewollt. :-D Ich 
habe einen falschen Wert bei der Versorgung. Ich möchte von 7mV auf 3V 
verstärken. Und das sind nunmal eben nicht 0.7V sondern 0.007V.

Nun funktioniert es wie es soll.

Stefan U. schrieb:
> Fehlender DC-Offset in beiden Eingangssignalen (+ und -) bzw.
> fehlende negative Versorgungsspannung für den OP-Amp.

Kannst du mir das noch etwas näher erklären, da stehe ich gerade auf dem 
Schlauch ein bisschen. :-D Danke

Achim S. schrieb:
> Zur ergänzenden Info: R5 hat in deiner Simu 0,001Ohm.
>
> Wenn du dort einen 1MOhm-Widerstand wolltest (nicht 1mOhm), dann musst
> du in LTSpice 1Meg schreiben

Ahh danke für die Info!

[Burkhard K. (buks)]

Rene K. schrieb:
> Stefan U. schrieb:
>> Fehlender DC-Offset in beiden Eingangssignalen (+ und -) bzw.
>> fehlende negative Versorgungsspannung für den OP-Amp.
>
> Kannst du mir das noch etwas näher erklären, da stehe ich gerade auf dem
> Schlauch ein bisschen. :-D Danke

Du verschenkst über 0.7 V "Headroom". Der AD8551 ist zwar ein RRIO 
OpAmp, aber was passiert, wenn sich ein reales Eingangssignal nicht so 
ideal wie in V2 vorgegeben verhält (mehr als 70 mV pp, Signal hat 
negative Spannungsansteile)?

[Stefan F. (Gast)]

>> Fehlender DC-Offset in beiden Eingangssignalen (+ und -) bzw.
>> fehlende negative Versorgungsspannung für den OP-Amp.

> Kannst du mir das noch etwas näher erklären,

Die allermeisten Operationsverstärker haben Einschränkungen bezüglich 
der zulässigen Eingangs- und Ausgangsspannung. Dein Modell scheint fast 
den gesamten Versorgungsspannungsbereich abzudecken, das ist keineswegs 
selbstverständlich.

Operationsverstärker benutzt man daher häufig mit einer Symmetrischen 
Spannungsversorgung (z.B. +5V und -5V). Alle Signale beziehen sich dann 
auf die Mitte dazwischen, also GND. Und man sorgt dafür, dass alle 
Spannungen weit genug von den +/-5V entfernt sind.

Oder man verwendet wie du eine einfache Versorgungsspannung und sorgt 
dafür, dass sich die beiden Eingangsspannungen im Bereich um 2,5V 
bewegen. Das gilt dann auch für die Ausgangsspannung. 2,5V wäre dann der 
Ruhepegel, auch virtuelle Masse genannt. Diese Methode eignet sich gut 
für Wechselspannungs-Signale, zum Beispiel Musik.

Dein Operationsverstärker wird "Rail-To-Rail" genannt. Dass bedeutet, 
dass er im Idealfall den ganzen Versorgungsspannungsbereich abdeckt. 
Dennoch sollte man einen Blick ins Datenblatt werfen, vor allem zu 
prüfen, wie wiet der Chip von dieser Idealvorstellung abweicht und ob 
dieses "Rail-To-Rail" sowohl für die Eingänge als auch für die Ausgänge 
gilt. Das ist nämlich unterschiedlich.

In deinem Fall verspricht der Text auf der ersten Seite die 
"Rail-To-Rail" Eigenschaft sowohl für die Eingänge als auch für den 
Ausgang. Das klingt schon mal gut.

Vergiss aber bitte nicht, dass "Rail-To-Rail" sehr häufig in 
übertriebenem Sinne verwendet wird. Ich habe OP-Amps gesehen, die fast 
0,5V von Rail entfernt sind und trotzdem so genannt wurden.

Der Eingangs-Offset wird um den von Dir festgelegten Verstärkungsfaktor 
verstärkt. Glücklicherweise hast du da einen ganz besonderen Op-Amp 
gewählt, der fast keinen Offset hat. Mit einem gewöhnlichen OP-Amp 
hättest du diesen hohen Verstärkungsfaktor ohne Offset-Abgleich nicht 
hin bekommen (obwohl es in der Simulation geklappt hätte, weil dort die 
Welt ideal ist, also ohne Offset).