Hallo
Ich will gerne das Spannungsoffset VOS eines OPAMP messen. Dazu
einfachste Schaltung: Gain von 1001 um das niedrige Offset zu
verstärken. In allen Schaltungen gebe ich noch zusätzlich einen kleinen
DC Offset dazu um das ganze "anzuheben".
Bild 1:
Als VOS habe ich 80 uV eingestellt. (ein "idealer" OP aus Ltspice) Die
Berechnung ergibt ca 80 uV. - Funktioniert also.
Bild 2:
OPAMP mit einem Spice Modell von TI. Wird mit einer Bipolaren Versorgung
betrieben. Nach dem Ausrechnen kommt ein Offset von ca 120 uV raus.
Sieht auch gut aus. (DB: 150 uV)
Bild 3:
Genau wie in Bild 2, jedoch mit einer Single Supply von 5V. Offset
ergibt sich zu ca 50 uV. SCHLECHT!! Warum gibt es hier einen Unterschied
in der Offset Spannung zwischen Bi Polaren Versorgung und Single Supply
?
Mir ist das überhaupt nicht klar, da es im DB auch keine Relation gibt
dass das Offset sich in Abhängigkeit der Common Mode Spannung ändern
sollte (zBsp. bei rail2rail Input)
Kann mir bitte jemand Licht ins Dunkle bringen..
Danke
Vcc positive Versorgungsspannung
Vee negative Versorgungsspannung
Nehmen wir an wir haben einen Opamp mit 0V Offsetspannung. Dann würde
ich die 0V am Ausgang bei Ua=(Vcc + Vee)/2 erwarten.
Bei positiver und negativer Spannungsversorgung ist das bei Ua=0V.
Bei nur positiver Spannungsversorgung ist das bei Vcc/2.
Du müsstes also in der Simulation (Bild3) beide Eingänge um 2,5V
anheben. Da erwarte ich dann, dass (Ua-2,5V) das Gleiche ergibt wie bei
der Schaltung 2 mit der symmetrischen Versorgungsspannung.
Helmut S. schrieb:> Vcc positive Versorgungsspannung> Vee negative Versorgungsspannung>> Nehmen wir an wir haben einen Opamp mit 0V Offsetspannung. Dann würde> ich die 0V am Ausgang bei Ua=(Vcc + Vee)/2 erwarten.>> Bei positiver und negativer Spannungsversorgung ist das bei Ua=0V.>> Bei nur positiver Spannungsversorgung ist das bei Vcc/2.
Das macht für mich gerade keinen Sinn. Mein Ausgang ist weit genug von
seinen Rails entfernt, so dass ich ein Abschneiden verhindere.
Ich habs mal versucht und es klappt. ABER
-warum funktioniert es bei meinem ersten Simulation ohne Common Voltage?
-habe ich in meinem Bild 3 extra eine kleine Spannung angelegt damit der
OPAMP bedingt durch sein kleines Offset und der Verstärkung sicher nicht
an seiner Unteren Rail hängen bleibt ?! Mein Ausgang ist mit 2,05 V doch
in Ordnung, warum das Offset nicht?
jakob schrieb:>> Ich habs mal versucht und es klappt. ABER> -warum funktioniert es bei meinem ersten Simulation ohne Common Voltage?> -habe ich in meinem Bild 3 extra eine kleine Spannung angelegt damit der> OPAMP bedingt durch sein kleines Offset und der Verstärkung sicher nicht> an seiner Unteren Rail hängen bleibt ?! Mein Ausgang ist mit 2,05 V doch> in Ordnung, warum das Offset nicht?
Der zusätzliche Offset in deiner single supply Schaltung (Bild3) ist
Voffset = (Vcc/2)/Leerlaufverstärkung
jakob schrieb:> Bzw was ich damit sagen will: Meine Offset Spannung VOS ist doch nicht> von der Common Mode Spannung abhängig. Sonst wäre das doch im DB> angegeben..
Bei vielen Rail-2-Ral OPV ist genau das der Fall. Siehe z.B. Fig. 10 und
Fig 13 in
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8657_8659.pdf
Bei deinem OPA350 mögen solche Kurven nicht explizit im Datenblatt
gezeichnet sein. Aber auch er hat komplementär wirkende
Verstärkerstufen, die bei unterschiedlichen Gleichtaktspannungen
unterschiedlich stark zum Ausgang beitragen.
Solange die Offsetspannung innerhalb des spezifizierten Bereichs bleibt
(500µV bei VS=5V und T=25°) passt alles. Dass die Offsetspannung
unabhängig vom V_CM sein soll wird dir nicht zugesichert. Ob solche
Effekt vom Simulationsmodell richtig wiedergegeben werden, ist dann
nochmal sehr fraglich.
Hallo Achim
Vielen Dank für deine Antwort!
Dann kann man dem DB ja gar kein richtiges Vertrauen widmen, was die
Specs angeht.
Das bedeutet ja aber auch, dass mein Offset von 0.. +/-150 uV gehen
kann? Also einmal Herstellungsbedingt aber auch dann von der
Gleichtaktspannung abhängig.
Das klappt mit der Simulation wenn ich die TI Lib benutze auch.
ABER noch eine andere Frage: Da ich ja nicht weiß, ob ich gerade ein OP
erwische der ein positives oder negatives Offset besitzt: Wenn es
positiv ist dann ist das ganze ja kein Problem um es auch zu messen.
Aber was wenn es negativ ist? Das war ja der ursprüngliche Gedanke warum
ich im ersten Post noch einen zusätzlichen Offset hinzugefügt habe um
das ganze anzuheben.. Aber jetzt mit dem anlegen der Gleichtaktspannung
kann ich das ja nicht mehr machen. (Schaltung post 3)
Gibt es etwas das ich besser machen kann, um dann auch ein negatives
Offset zu messen, mit meiner SingleSupply Konfiguration?
jakob schrieb:> Dann kann man dem DB ja gar kein richtiges Vertrauen widmen, was die> Specs angeht.
doch, klar kann man das. die Spec sagt nicht, welchen exakten Wert der
Offst hat, sondern in welchem Bereich der Offset liegt. Und dieser
Angabe kann man trauen.
jakob schrieb:> Gibt es etwas das ich besser machen kann, um dann auch ein negatives> Offset zu messen, mit meiner SingleSupply Konfiguration?
kommt darauf an: was ist denn das eigentliche Ziel deiner Messung?
willst du die Herstellerangaben überprüfen? dann solltest du dich an den
Messbedingungen des Herstellers orientieren.
Hallo Achim
Danke für deine Antwort.
Mir stellt sich die Frage- eigentlich sollte doch das Offset bei einer
Gleichtaktspannung bei Mid-Supply doch am "besten" sein? So kenne ich
das zumindest aus den Datenblättern bzw. Bücher. Da bei mid-supply beide
Eingangsstufen arbeiten und die Offsets sich somit gegenseitig
"verkleinern". ?!
Bei mir scheint es aber genau umgekehrt zu sein, mein Offset steigt bei
steigender Gleichtakt spannung.
In den DB bzw Büchern wird das Offset auch mal negativ bzw Positiv je
nach Gleichtakt. Bei mir ist es einfach nur positiv und linear steigend.
Im entsprechenden Spice Model ist ein Eintrag in der Liste mit den
vorhandenen Parameter "Input Offset Voltage vs CommonMode Voltage"
vorhanden.
Evtl ist das Modell nicht detail reich genug, oder verstehe ich noch was
falsch bzw ist das für jedes OPAMP verschieden ?
lG
jakob schrieb:> eigentlich sollte doch das Offset bei einer Gleichtaktspannung bei> Mid-Supply doch am "besten" sein?
Nein, da gibt es keinen technischen Grund für.
Was stört dich an einem Offset innerhalb der Datenblattgrenzen ? Willst
du genauere OpAmps, kaufe genauere.
Warum will man Offsets überhaupt simulieren ? Ich würde erwarten, dass
der Offset einer Simulation 0 ist und höchstens durch mitmodellierte
Eingangsströme an den Quellwiderstand der Eingänge zu Offsets in der
Schaltung führen.
> Evtl ist das Modell nicht detail reich genug, oder verstehe ich noch was
falsch bzw ist das für jedes OPAMP verschieden ?
Modelle haben im allgemeinen ca. 0V Offsetspannung da jeder andere Wert
sinnlos ist. Im Datenblatt gibt es Maximalwerte für bestimmte
Bedingungen(Temperatur, Testschaltung). Eventuell gibt es sogar noch
Werte für verschiedeen Temperaturbereiche. Egal welchen Wert der
Hersteller da in das Modell einbauen würde, irgendjemand passt er nicht.
Deshalb wird da ca. 0V Offset genommen. Wer einen Offset haben will, der
sollte einfach eine V-Quelle in Reihe zum Pluseingnag einfügen. Genau so
schwierig ist es "common model rejection" in das Modell einzubauen. Soll
da ein typischer Wert rein oder der schlechteste Wert? Wenn ein Modell
das modelliert, dann steht da leider nirgends ob das typisch oder worst
case ist und ob das frequenzabhängig modelliert ist. Das gleich Probleme
hat man mit der "power supply rejection". Deshalb macht es meiner
Meinung nach keinen Sinn diese beiden Dinge in das Modell einzubauen.
jakob schrieb:> verstehe ich noch was> falsch bzw ist das für jedes OPAMP verschieden ?
Ist bauartbedingt verschieden, auch bei R2R Eingängen liegt die Tücke
oftmals im Detail.
Einfaches Beispiel eines primitiven nicht R2R: Ein LM358 kann recht gut
am unteren Ende (und sogar etwas darunter) seiner Versorgungsspannung
messen, am positiven Rail gehts damit nimmer.
http://www.ti.com/lit/gpn/lm358-n
Figure 16 zeigt dessen prinzipielle Eingangsschaltung
HTH
jakob schrieb:> eigentlich sollte doch das Offset bei einer> Gleichtaktspannung bei Mid-Supply doch am "besten" sein?
Bei RRI werkeln häufig zwei komplementäre Eingangstufen zwischen denen
der OpAmp beim Mittendurchgang wechselt. Das hat Verschiebungen der
Eingangströme und des Spannungsoffsets zur Folge. (Fragt sich, wie gut
dieser Effekt in den jeweiligen Spice-Modellen abgebildet wird?)
Dieser Effekt kann mittels On-Chip Ladungspumpen reduziert werden (wie
z.B. beim ADA4500 -
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4500-2.pdf).
Solche OpAmps werden dann als "Zero Input Crossover Distortion
Amplifiers" beworben.
