Offset/Bias Simulation

[Yama (Gast)]

Hallo an alle

Es geht um folgende Schaltung (1.Bild im Anhang; 
Link:https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-038.pdf 
Seite 4)

Ich habe versucht diese Schaltung in LTSPice(Bild 2) nachzubauen. Als 
OPAMP habe ich in der Simulation einfach den "universal Opamp2" benutzt. 
Da dieser laut Spice Einstellung ein Offset=0 hat, habe ich eine 
Spannungsquelle mit einem Offset von 1mV in Reihe zum Invertierenden 
Eingang geschaltet.

Die Schaltung ist erstmal ohne die Widerstände Rs eingebaut, welches das 
gleiche ist wenn die Schalter geschlossen sind um das Spannungs Offset 
zu messen.

Am Ausgang vom DUT messe ich eine Spannung 32,8mV, am Ausgang des 
zweiten OP eine Spannung von 11.8uV.

Was mache ich falsch?

Vielen Dank

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Tja - dumm gelaufen. Operatiosverstärker können auch in Simulationen 
keine Spannungen ausgeben, die über die Betriebsspannungen hinaus gehen. 
Also bei dir keine negativen - das müsste U3 aber.

Versuch's mal mit einer zusätzlichen negativen Betriebsspannung.

[Carlo (Gast)]

Lade Deine .asc Datei mal hier hoch

[Yama (Gast)]

Der Zahn der Zeit schrieb:
> Versuch's mal mit einer zusätzlichen negativen Betriebsspannung.

Oh ja, das ist es!! Vielen Dank.

Jedoch stellen sich mir jetzt neue Fragen/Gedanken:
-Das bedeutet ja dass ich mit dieser Methode keine Single Supply Op's 
testen kann ?
-Wo ist in der Methodik der Unterschied zwischen der Schaltung oben und 
der im folgenden Schaltung 1c 
https://www.edn.com/the-basics-of-testing-op-amps-part-2-test-op-amps-for-input-bias-current/. 
? Bzw Vor und Nachteile?
In der im Link gezeigten Schaltung kann mit der "Loop Control" das ganze 
angehoben werden, falls der Op an seine Rail stößt, jedoch braucht der 
DUT wie ich sehe(und simuliert habe) immer noch Dual Supply.

Was gibt es sosnt für Möglichkeiten ?

Vielen Dank

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Yama schrieb:
> -Das bedeutet ja dass ich mit dieser Methode keine Single Supply Op's
> testen kann ?

Ach - diese komische Definition von "Single Supply Op-Amps". Jeder 
Op-Amp wird nur mit einer Betriebsspannung betrieben. Manchmal wird 
diese Betriebsspannung aus zwei (üblicherweise gleich großen) in Reihe 
geschalteten Spannungsquellen gebildet und man nennt dann den 
Mittelpunkt Masse und nimmt ihn als Bezugspunkt für Signale. Aber es 
bleibt eine Betriebsspannung für den Op-Amp.

Was bleibt als Definition für Single Supply Op-Amps? Bestenfalls, wenn 
er einen Eingangs-Gleichtaktbereich (Common Mode Range, CMR) bis zu 
negativen Betriebsspannung (und dann auch einige 100 mV darunter) hat. 
Jeden Op-Amp kann man aus einer einfachen Quelle betreiben, man darf nur 
den CMR nicht über- bzw. unterschreiten. Den Op-Amp, nur weil sein CMR 
bis V- geht, als "Single Supply Op-Amp" zu nennen finde ich - na ja - 
ach, Schwamm drüber.

(Für die Op-Amps mit Rail-to-Rail CMR hat man sich noch keine wenig 
sinnvolle Bezeichnung einfallen lassen. Logisch wäre jetzt noch eine 
Supply weniger als Single, also No Supply...)

Yama schrieb:
> -Wo ist in der Methodik der Unterschied zwischen der Schaltung oben und
> der im folgenden Schaltung 1c
> 
https://www.edn.com/the-basics-of-testing-op-amps-part-2-test-op-amps-for-input-bias-current/.
Unterschied zur Schaltung oben? Äh... das hatten wir doch gerade. Dual 
Supply.

> Bzw Vor und Nachteile?
Vor und Nachteile gegenüber was? Zu deiner 1. Schaltung? Nun, diese 
Schaltung funktioniert, deine nicht. Zur Schaltung 1b? Man kann a) auch 
die Eingangsströme bestimmen und b) den Offset des Loop-Ops 
kompensieren.

[Yama (Gast)]

Der Zahn der Zeit schrieb:
> Yama schrieb:
>> -Wo ist in der Methodik der Unterschied zwischen der Schaltung oben und
>> der im folgenden Schaltung 1c
>>
> 
https://www.edn.com/the-basics-of-testing-op-amps-part-2-test-op-amps-for-input-bias-current/.
> Unterschied zur Schaltung oben? Äh... das hatten wir doch gerade. Dual
> Supply.
>
>> Bzw Vor und Nachteile?
> Vor und Nachteile gegenüber was? Zu deiner 1. Schaltung? Nun, diese
> Schaltung funktioniert, deine nicht. Zur Schaltung 1b? Man kann a) auch
> die Eingangsströme bestimmen und b) den Offset des Loop-Ops
> kompensieren.

Ich meinte eher den Unterschied zwischen der Schaltung aus dem Dokument 
MT038 wie oben verlinkt und der Schaltung von EDN. Also der Unterschied 
zwischen den beiden im Anhang befindlichen Schaltungen(Schaltung 1 vs 
Schaltung 2).

Schaltung 1 besitzt zusätzlich einen Integrierer im 2ten OP, was 
vermutlich dazu beiträgt kleinere Amplituden noch besser zu verstärken?!


Der Zahn der Zeit schrieb:
> Yama schrieb:
>> -Das bedeutet ja dass ich mit dieser Methode keine Single Supply Op's
>> testen kann ?
>
> Ach - diese komische Definition von "Single Supply Op-Amps". Jeder
> Op-Amp wird nur mit einer Betriebsspannung betrieben. Manchmal wird
> diese Betriebsspannung aus zwei (üblicherweise gleich großen) in Reihe
> geschalteten Spannungsquellen gebildet und man nennt dann den
> Mittelpunkt Masse und nimmt ihn als Bezugspunkt für Signale. Aber es
> bleibt eine Betriebsspannung für den Op-Amp.
>
> Was bleibt als Definition für Single Supply Op-Amps? Bestenfalls, wenn
> er einen Eingangs-Gleichtaktbereich (Common Mode Range, CMR) bis zu
> negativen Betriebsspannung (und dann auch einige 100 mV darunter) hat.
> Jeden Op-Amp kann man aus einer einfachen Quelle betreiben, man darf nur
> den CMR nicht über- bzw. unterschreiten. Den Op-Amp, nur weil sein CMR
> bis V- geht, als "Single Supply Op-Amp" zu nennen finde ich - na ja -
> ach, Schwamm drüber.

Ok, ist also eher eine Definitionssache was als Referenz angenommen 
wird.
So ganz ist mir das noch nicht klar, macht es für den OP überhaupt 
nichts aus, wenn für einen laut Datenblatt Single Supply, zwei Spannung 
angelegt werden? Die Potentiale an den Eingängen müssen ja immer 
zwischen V- und V+ liegen.


Zudem wird in beiden Schaltungen erwähnt dass diese wegen Leckströmen 
nicht für Bias Ströme kleiner als mehrere 100pA gedacht ist. Wie wird 
das denn rechnerisch bestimmt wo da meine Grenze liegt, bzw. wie kann 
ich bestimmen für welche Bias Ströme diese Schaltungen noch gültig sind?

[Michel M. (elec-deniel)]

Zur Info  :-)
https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/electronics-lab-1

https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-3


http://conf.e-jikei.org/ICTSS/2019/proceedings/materials/proc_files/IPS/IPS04_Prof.Kobayashi/IPS04-04(Aoki)/IPS04-04(Aoki)Manuscript.pdf

[Dietrich L. (dietrichl)]

Yama schrieb:
> Die Potentiale an den Eingängen müssen ja immer
> zwischen V- und V+ liegen.

Dabei musst du unterscheiden, ob es dabei handelt um
- "Absolute Maximum Rating": das ist die Zertörgrenze. Die OpAmps müssen 
in diesem Bereich nicht mehr richtig funktioniere.
- "Common Mode Range": dieser Bereich muss nicht bis V- und V+ gehen. 
Und wie gesagt gibt es besonderen Typen, wo der Bereich bis V- oder V+ 
oder sogar bis V- und V+ geht.

PS zur Vollständigkeit: Es gibt auch spezial-OpAmps, wo der "Common Mode 
Range" bis weit unter V- und/oder über V+ geht. Beispiel: INA149 ist mit 
±275V spezifiziert!

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Yama schrieb:
> So ganz ist mir das noch nicht klar, macht es für den OP überhaupt
> nichts aus, wenn für einen laut Datenblatt Single Supply, zwei Spannung
> angelegt werden? Die Potentiale an den Eingängen müssen ja immer
> zwischen V- und V+ liegen.
Hmmm... Dir müsste doch einleuchten, das zwischen zwei Anschlüssen immer 
nur eine Spannung liegen kann? Es gibt keinen dritten Anschluss, an dem 
eine weitere Betriebsspannung anliegt! Bei keinem Op-Amp. Der Op-Amp 
weiß nichts davon, dass seine Betriebsspannung aus zwei in Reihe 
geschalteten Spannungsquellen besteht.

Bei manchen Komparatoren ist das anders: Die haben tatsächlich einen 
weiteren Anschluss, Ground genannt, der dann das Bezugspotential des 
Ausgangssignals ist - in der Regel ein Open Collecto(Drain)-Ausgang, 
dessen Ausgangstransistor mit Emitter(Source) auf eben diesem 
Ground-Anschluss liegt. Der Komparatorteil arbeitet nach wie vor mit 
genau einer Betriebsspannung. Immer.

[Michel M. (elec-deniel)]

up to 5 v above the pos power sup !?! :-)
https://www.youtube.com/watch?v=iURc2C_QHbU&list=PLISmVLHAZbTS78B14s_uMovo0izTdSMCr&index=1