Hallo, habe jetzt mit der Suche zumindest nichts für meinen Open-Loop-Fall gefunden, der aufgrund der hohen Verstärkung mein Problem erschwert. Im Zuge unseres Labors, in dem es um verschiedene OPV-Schaltungen gehen wird, soll zu Beginn der Operationsverstärker selbst genauer betrachtet und einige Kennwerte messtechnisch ermittelt werden. Gewählt wurde ein TL072, aufgebaut als simple Komparatorschaltung, der invertierende Eingang und somit die Schaltschwelle liegt auf Masse. Aufgabenstellung ist unter anderem nun mittels Funktionsgenerator, Netzteil und Oszi die -3dB-Grenzfrequenz als auch die Transitfrequenz zu bestimmen. Das stellt sich in meinen Augen jedoch, vor allem wie in unserem Fall als Steckbrettschaltung, als extrem schwierig umsetzbar heraus. Für die -3dB-Grenzfrequenz müsste sich also eine Verstärkung von 3 dB unter der Leerlaufverstärkung des TL 072 V_0 = 200 V/mV einstellen, das wären trotzdem noch V_g = 141421. Die Differenzenspannung müsste also um diesen Wert verstärkt werden. Ich hätte jetzt theoretisch versucht ein Sinussignal am Eingang anzulegen und die Frequenz so lange erhöht, bis die Amplitude des Ausgangssignals den Wert der Eingangsamplitude multipliziert mit dem Wert der Verstärkung in der Grenzfrequenz erreicht hätte: U_a = V_g * U_e. Hierfür müsste ich aber aufgrund der hohen Leerlaufverstärkung im Open-Loop-Fall extrem kleine Eingangsamplituden verwenden, welche ich mit einem einfachen Funktionsgenerator und Steckbrettaufbau nicht erreichen kann. Eine andere Option, welche ich mir noch einfallen lies, wäre 2 beliebige Punkte zu wählen im logarithmischen den Amplitudengang zu skizzieren und diese zu interpolieren. Der Schnittpunkt mit der Leerlaufverstärkung abzüglich 3dB wäre dann ja wieder bei der Grenzfrequenz. Nur was nehme ich in diesem Fall für eine genaue Leerlaufverstärkung? Es gibt zwar diesen typischen Wert von 200 V/mV im Datenblatt, am Ende ist jedoch trotzdem alles vor allem recht temperaturabhängig. Ich habe auch ein paar alte Aufgabenlösungen zu dieser Fragestellung (aus ehemaligen Semestern), diese sind für mich jedoch alle nicht zufriedenstellend gelöst. Teilweise wurden für die Grenzfrequenz dieser Open-Loop-Schaltung Frequenzen im zweistelligen kHz Bereich gefunden (nach Amplitudengang knickt es hier ja sofort ab und müsste bei wenigen Hertz liegen?), manchmal wurde auch die Ausgangsspannungsdifferenz des Komparators (also +-Vcc) als maximale Verstärkung angenommen, mit 1/sqrt(2) multipliziert (-3dB) und die Eingangsfrequenz so lange erhöht bis das Ausgangssignal diese Amplitude angenommen hat. Dieses Verfahren erscheint mir jedoch auch als wenig sinnvoll, da die Ausgangsspannung ja nichts mit der Verstärkung und einer -3dB-Dämpfung dieser zu tun hat. Weiter haben die Grenzen der Ausgangsspannung, beschränkt durch die Versorgungsniveaus, nichts mit der real möglichen Verstärkung des OPVs zu tun? Fällt irgendjemanden etwas dazu ein? Sind meine Gedankengänge richtig oder habe ich schon einen riesen Fehler drin? Was haltet ihr von den Lösungen der letzetn Jahre, ergibt da doch etwas Sinn? Oder hat vielleicht jemand noch einen anderen Lösungsansatz? Es ist eigentlich nur eine kleine Teilaufgabe, also zu umständlich sollte das nicht lösbar sein. Vielen Dank und schönen Sonntag!
Sebastian B. schrieb: > Fällt irgendjemanden etwas dazu ein? Bei Komparatoren eine -3dB Grenzfrequenzen messen zu wollen ist grober Unsinn und zeugt von massiv mangeldem Verständnis über Elektronik. Du kannst die Reaktionszeit messen, da geht man nicht mit Mehahertz ran, sondern überprüft nur die Flanke eines langsameren Signals, von 10% auf 90%, und du wirst merken, daß der OpAmp bei weitem nicht so schnell ist wie laut Datenblatt, weil er in Sättigung ist und erst aus der Sättigung rauskommen muss, schlieslich ist der OpAmp nicht als Komparator gebaut. Nimm, wenn es schnell sein muss, für Komparatorschaltungen lieber einen dedizierten Komparator. Und achte beim TL071 auf phase reversal.
Michael B. schrieb: > Bei Komparatoren eine -3dB Grenzfrequenzen messen zu wollen ist grober > Unsinn Genau das ist im Endeffekt auch meine Meinung. Denke mit hochgenauen Messungen wäre es schon realisierbar, aber vor allem beim Komparator sagt sie nahezu gar nichts aus und eine Kenntnis über diese würde nichts bringen. Aber die Aufgabenstellung ist seitens eines wissenschaftlichen Mitarbeiters o.ä. vor Jahren so ausgedacht worden, also das war nicht mein Einfall. Aber gut, ich wollte nur sicher gehen, dass ich mir nichts falsches denke, aber dann macht die ganze Aufgabenstellung wirklich wenig Sinn. Dann werde ich ansprechen diese für zukünftige Jahre zu ändern. Slew Rate habe ich bereits gemessen, die war auch gefragt. Es geht an sich ja nicht um die Komparatorschaltung und ihren nutzen selbst, sondern einfach um den Versuch eine Grenzfrequenz zu ermitteln, also ist der TL072 schon okay.
Vielleicht ist hier ansatzweise etwas passendes dabei: https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opaschm.htm MfG
Es ist eine maximal schlechte Idee einen OpAmp als Komparator verwenden zu wollen. Beim Komparator ist der Gleichtaktbereich, sowie der Differenzspannungsbereich gleich der Versorgungsspannung. Bei manchen OpAmps ist der Differenzspannungsbereich zB auf eine Diodenspannung limitiert. Weil der normale Betriebszustand eines Opamps in Gegenkopplung ist, bedeutet das Differenz-eingangsspannung gleich Null. Also kann man da eine antiparallele diode zwischen den Eingaengen haben. Bei einem Komparator ist das ein unzulaessiger Eingriff in die Schaltung, denn positiver und negativer Eingang muessen vollstaendig unabhaengig sein. Sonst geht die Beschaltung mit der einstellbaren Hysterese nicht. Also alles in die Tonne, nochmals. Eine charakteristische Groese eines Komparators ist zB die Slewrate, und die Verzoegerung in Abhanegigkeit der Differenzspannung.
T Rroll schrieb: > Also alles in die Tonne, nochmals. Ich kann die mir gegebene Aufgabenstellung aber nicht einfach ändern:D Mir ging es ja um die allgemeine Sinnhaftigkeit der Fragestellung, Änderungen bezüglich einer besseren Komparatorschaltung sind gar nicht das Ziel gewesen, sondern nur die genauere Betrachtung von Kenngrößen eines OPVs.
Wir haben mal früher so einen ähnlichen Laborversuch gemacht. Es wurde am OPV eine sehr hohe Verstärkung eingestellt mit z.B. 100 Ohm und 100kOhm, Spannungsteiler am Ausgang, um die rückgeführte Spannung nochmals zu verringern bei nicht zu hoher Impedanz, dann Offset abgeglichen und über einen extremen Spannungsteiler ein Sinussignal drauf gegeben. Man kann dann messen, daß etwa zwischen 10 und 50 Hz die Ausgangsamplitude stark abfällt. Da hast Du dann die 3dB-Bandbreite und kannst auf die Leerlaufverstärkung schließen. Nur einen Komparator haben wir dafür nicht benutzt. Eher LM324 und TL081. MfG
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Christian S. schrieb: > Es wurde am OPV eine sehr hohe Verstärkung eingestellt mit z.B. 100 Ohm > und 100kOhm, dann Offset abgeglichen und über einen extremen > Spannungsteiler ein Sinussignal drauf gegeben. Das wäre dann halt keine open-loop-Bestimmung am Komparator mehr, ja. Aber zumindest näherungsweise und selbst wenn könnte man mit der Grenzfrequenz eines Verstärkers und der Bandbreite beispielsweise später mehr anfangen. Ich denke ich werde anregen die ganzen Versuche mit einer Verstärkerschaltung durchzuführen (muss ja nicht mit dieser hohen Verstärkung zur Annäherung sein), dann macht alles etwas mehr Sinn und die Leute könnten sowas wie das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt genauer untersuchen.
> Sebastian B. schrieb: > Gewählt wurde ein TL072, aufgebaut als simple Komparatorschaltung, > Aufgabenstellung ist unter anderem nun mittels Funktionsgenerator, > Netzteil und Oszi die -3dB-Grenzfrequenz als auch die Transitfrequenz zu > bestimmen. Das es für einen OPV im Komparatorbetrieb keinen Sinnmacht, Parameter zu bestimmen, die nur für den linearen Betrieb gedacht sind(mit Rückkopplung, ohne Übersteuerung des OPV), wurde ja schon besprochen. Trotzdem kann für den vorliegenden Fall sicher irgendwie eine eine Gremzfrequenz bestimmen, bei der das gerade noch so mit der Komparatorfunktion geht. > Für die -3dB-Grenzfrequenz müsste sich also eine Verstärkung von 3 dB > unter der Leerlaufverstärkung des TL 072 V_0 = 200 V/mV einstellen, Nö, im Komparatorbetrieb muß nur bei Überschreiten der Schaltschelle am Eingang der Ausgang von einer Endlage in die andere umschalten. Es gibt am Ausgang also nur Low oder high. > das wären trotzdem noch V_g = 141421. Die Differenzenspannung müsste > also um diesen Wert verstärkt werden. Du kannst hier idealisiert von einer unendlichen Verstärkung ausgehen. > Ich hätte jetzt theoretisch versucht ein Sinussignal am Eingang > anzulegen und die Frequenz so lange erhöht, bis die Amplitude des > Ausgangssignals den Wert der Eingangsamplitude multipliziert mit dem > Wert der Verstärkung in der Grenzfrequenz erreicht hätte: U_a = V_g * > U_e. Viel zu kompliziert gedacht! Es gibt nur die 2 Ausgangswerte. Lege eine AC-Spannung am Eingang an und prüfe, bis zu welcher Grenzfrequenz der Ausgang noch mitmacht (sprich, die Endlagen erreicht). Das wird einmal durch die Slew Rate am Ausgangs bestimmt, aber auch durch die Totzeit, die der OPV hat, damit er aus der Übersteuerung überhaupt erstmal heraus kommt. Letzteres kann viel länger dauern als der Pegelwechsel am Ausgang. > Teilweise wurden für die Grenzfrequenz dieser Open-Loop-Schaltung > Frequenzen im zweistelligen kHz Bereich gefunden Kann durchaus sein, wegen der Übersteuerung. > Fällt irgendjemanden etwas dazu ein? Sind meine Gedankengänge richtig > oder habe ich schon einen riesen Fehler drin? Versuche nicht mit Modellen zu argumentieren, deren konkrete Randbedingungen überhaupt nicht gegeben sind. Alle Formeln für den linearen Verstärkerbetrieb kannst du bei massiver Übersteuerung vergessen. Es gibt wohl keine dynamischen Parameter für solche OPV im Komparatorbetrieb. Man kann einen OPV trotzdem als solchen nutzen, muß sich aber über die Grenzen im Klaren sein. > Was haltet ihr von den Lösungen der letzetn Jahre, ergibt da doch etwas > Sinn? Biete doch mal sinnvollere Lösungen für die Zukunft an. Gruß Öletronika
Bei den OpAmps gibt's ueblicherweise Application Notes, die beschreiben wie welche Parameter gemessen werden.
T Rroll schrieb: > Es ist eine maximal schlechte Idee einen OpAmp als Komparator verwenden > zu wollen. Das stimmt nicht. Gerade der hier ausgewählte (TL072) eignet sich prima als Komparator.
Was soll ich sagen ... "eignet sich prima" - sollte heissen - "zickt nicht rum". Slewrate TL072 : 13V/us ... Schnarch large signal response time : LM393M 300ns Sollte man insofern nicht vergleichen wie durchschnittliche Komparatoren ueblicherweise Opencollector haben. Hier der langsame LM393.
T Rroll schrieb: > Slewrate TL072 : 13V/us ... Schnarch Wo steht geschrieben, daß ein Komparator schnell sein muß?? Übrigens ist der LM393 auch ein Schnarchzapfen. Schau mal nach "Propagation Delay".
Wenn es denn UNBEDINGT -3dB sein müssen, kannst du ja versuchen, den Nebeneffekt dazu zu erfasen: die 45°-Phasenverschiebung. Musst du nur festlegen, ob an der positiven, oder negativen Flanke gemessen wird - die Erholungszeiten von OPs bei Übersteuerung sind üblicherweise nicht symmetrisch. - Womit du noch ein Argument für eine sinnfreie Aufgabenstellung hast. ;-)
Sebastian B. schrieb:
>Oder hat vielleicht jemand noch einen anderen Lösungsansatz?
Mach einfach aus den OPV durch Mitkopplung
einen Schmitt-Trigger. Durch Rückkopplung auf den
-Eingang fängt er an zu schwingen, messe diese
Frequenz, damit hast du die Grenzfrequenz.
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