Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP-Schaltung schwingt. Warum?


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von Paul M. (paul_ma)


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Hallo,

ich habe die im Anhang gezeigte Schaltung simuliert (und auch 
aufgebaut).
Wenn ich in LTSpice AD712 für beide OpAmps verwende, dann sehe ich in 
der Ausgangsspannung in der Simulation einen deutlichen Überschwinger 
(mehrere Perioden bis die Schwingung abklingt). Verwende ich hingegen 
AD8031, dann gibt es dieses Problem nicht.
Kann mir jemand erklären, welcher Parameter des OpAmps hierfür relevant 
ist? Will vor allem die Theorie dahinter verstehen.

Praktisch aufgebaut habe ich die Schaltung mit AD712 und TL081 und sehe 
in beiden Fällen ein ähnliches Verhalten wie in der Simulation.

Wie wähle ich hierfür einen geeigneten OpAmp in der Praxis aus? Worauf 
muss man achten?

Vielen Dank für Tipps!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Mir fällt auf, dass U1 eine unendlich hohe DC Verstärkung hat (da kein 
Widerstand in der Gegenkoppelung).

Dann solltest du immer bedenken, dass deine Gegenkoppelung durch die 
beiden OP-Amps immer einer gewissen Verzögerung unterliegt. Dadurch 
provozierst du die Schwingung.

Du brauchst eine Gegenkoppelung, die bei jeder Frequenz schneller ist, 
als die Verstärkung.

von eric1 (Gast)


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Paul M. schrieb:
> Wie wähle ich hierfür einen geeigneten OpAmp in der Praxis aus? Worauf
> muss man achten?

Du hast hier ein grundsätzliches regelungstechnisches Poblem vor Dir, 
eine I Strecke (Integrator) U1 schwingt (fast) immer mit einem P-Regler 
(proportional Regler U2, sprich nur Verstärkung)
Da helfen spezielle OPV Daten nur sehr bedingt, das ist ein 
Grundsatzproblem!
eric1

von Nichtverzweifelter (Gast)


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Viel Schwachsinn in einer einzigen Schaltung!

- ein Ausgang, der direkt auf "Masse"="L-GND" gelegt ist, 
alsokurzgeschlossen ist.
- Mosfets entgegengesetzter Dotierung, deren Eingänge parallel 
geschaltet sind. Bei jeder Halbwelle der Steuerspannung (bis zu 15 Volt) 
liegt diese für jeweils einen der beiden Endstufentransistoren im 
verbotenen, weil "negativen" Bereich.
- Ein Strom-Messwiderstand namens 0,1 Ohm-Widerstand, an dem gar nicht 
"gemessen" wird.
- Endstufentransistoren für 20 bis 30 Ampere mit Eingangskapazitäten bis 
2nF. Zum treiben eines Kopfhörers, ah ja...
- ein invertierender OP im Gegenkopplungspfad (FB-Inv), der dann am 
invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers liegt. Prima Mitkopplung!

von Nichtverzweifelter (Gast)


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Weitere satter Fehler:

Der untere Ausgangstransistor sieht immer "verpolte" Betriebsspannung, 
einen Teil der unipolaren V3. Seine "intrinsic" ( unumgänglich 
vorhandene) Antiparalleldiode über Drain-Source wird dauernd leiten und 
schliesst erneut den Ausgang kurz.

Deine Schaltung hat noch nie funktioniert.

von Rainer V. (a_zip)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> Viel Schwachsinn in einer einzigen Schaltung!

Genau...und genau deshalb erlaube ich mir hier jetzt, Mario Adorf in 
einem seiner schönsten Filme zu zitieren: "Warum leckt sich der Hund die 
Eier?? Weil er es kann!" Genauso ist das mit einem 
Operationsverstärker...
Gruß Rainer

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> ein Ausgang, der direkt auf "Masse"="L-GND" gelegt ist

DAS sehe ich jetzt erst. Das alleine reicht schon um die Schaltung als 
Nonsens zu entlarven.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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L_GND ist nicht Masse, sondern die Mittenspannung des "Floating Power
Supply". Trotzdem stimmt die Schaltung hinten und vorne nicht, und ich
verstehe auch nicht, warum man hier eine schwimmende Versorgung braucht.

von Paul M. (paul_ma)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Mir fällt auf, dass U1 eine unendlich hohe DC Verstärkung hat (da kein
> Widerstand in der Gegenkoppelung).

Hallo Stefan,

vielen Dank für Deinen Tipp. Daran lag es wohl habe 100k parallel zu C1 
eingebaut und nun klappt es sowohl in der Simulation als auch in der 
aufgebauten Schaltung.
Ganz klar ist mir zwar immer noch nicht, warum es nun funktioniert, denn 
über den anderen OpAmp gibt es ja auch bei DC eine Rückkopplung.
Die Schaltung hier: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor 
macht das ja auch so ähnlich...

von Paul M. (paul_ma)


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Hallo Nichtverzweifelter,

Danke für Deine Antwort.

Nichtverzweifelter schrieb:
> Viel Schwachsinn in einer einzigen Schaltung!
Bei jedem der unten genannten Punkte habe ich mir aber tatsächlich etwas 
gedacht und ich antworte Dir unten darauf.
> - ein Ausgang, der direkt auf "Masse"="L-GND" gelegt ist,
> alsokurzgeschlossen ist.
Nein. L_GND ist nur ein Netzname. Ist vielleicht nicht so glücklich 
gewählt, aber hat nichts mit GND zu tun.

> - Mosfets entgegengesetzter Dotierung, deren Eingänge parallel
> geschaltet sind. Bei jeder Halbwelle der Steuerspannung (bis zu 15 Volt)
> liegt diese für jeweils einen der beiden Endstufentransistoren im
> verbotenen, weil "negativen" Bereich.
Die Eingangsspannung ist ja ebenfalls auf L_GND bezogen und floatet also 
mit dem Ausgangsknoten mit. Daher bewegen sich die V_gs der beiden 
MOSFETs stets zw. -15V..+15V. Max. rating ist hier laut Datenblatt 
-20V..20V.

> - Ein Strom-Messwiderstand namens 0,1 Ohm-Widerstand, an dem gar nicht
> "gemessen" wird.
Um die Schaltung zu vereinfachen, habe ich den Teil weggelassen, denn es 
ging hier um das Problem, dass die Schaltung schwingt.

> - Endstufentransistoren für 20 bis 30 Ampere mit Eingangskapazitäten bis
> 2nF. Zum treiben eines Kopfhörers, ah ja...
Ein Kopfhörer? Woher nimmst Du diese Information? Um Audio-Anwendungen 
geht es hier nicht...

> - ein invertierender OP im Gegenkopplungspfad (FB-Inv), der dann am
> invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers liegt. Prima Mitkopplung!
Nein, es ist eine Gegenkopplung. Da der Spannungsteiler aus R4 und R5 
nach GND geht und die Spannungsversorgung der OpAmps aber an L_GND 
floatet, ist die Spannung im Knoten "FB" stets <= 0V. Der OpAmp U2 
invertiert diese, sodass man wieder ein positives Feedback-Signal hat, 
welches dann in den negativen Eingang des U1 geht. Passt also.

Schwachsinn habe ich nicht verbaut, man muss aber genau hinschauen.

von Paul M. (paul_ma)


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Yalu X. schrieb:
> L_GND ist nicht Masse, sondern die Mittenspannung des "Floating Power
> Supply".
Genau so ist es.

> Trotzdem stimmt die Schaltung hinten und vorne nicht,
Was stimmt denn noch nicht?

> und ich verstehe auch nicht, warum man hier eine schwimmende Versorgung braucht. 
Weil die Hauptspannung aus V3 später mal auf bis zu 40V hoch soll.
Auf diese Weise kann ich die OpAmps trotzdem mit +/-15V versorgen.

von Paul M. (paul_ma)


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Mohandes H. schrieb:
> Nichtverzweifelter schrieb:
>> ein Ausgang, der direkt auf "Masse"="L-GND" gelegt ist
>
> DAS sehe ich jetzt erst. Das alleine reicht schon um die Schaltung als
> Nonsens zu entlarven.

Hallo Mohandes,
wie bereits an anderer Stelle vermerkt, ist L_GND nur ein Netzname. Da 
hast Du Dich wohl vom Nichtverzweifler verleiten lassen.... ;-)

von Nichtverzweifelter (Gast)


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Lüge! :-)

Direkt parallel zum Kopfhörer liegt immer noch die Antiparalleldiode im 
IRF9640.

Du speist also den Kopfhörer mit
1. DC in variabler Höhe statt AC
2. mit gekappten Halbwellen, begrenzt durch die Flussspannung der 
leistungsfähigen Intrinsic Diode des unteren Mosfets.

Der Ausgang treibt direkt L-GND. Der andere GND mit dem Dreieckssymbol 
hat welche galvanische Verbindung zum Rest der Schaltung?

Der untere Fet wird invers betrieben...

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Paul M. schrieb:
> Daran lag es wohl habe 100k parallel zu C1 eingebaut und nun klappt es
> sowohl in der Simulation als auch in der aufgebauten Schaltung.

Bist du sicher, dass du die richtige Schaltung angehängt hast? Bei mir
macht sie keine Überschwinger, sondern schwingt dauerhaft mit voller
Amplitude. Auch der zusätzliche 100k-Widerstand ändert daran nichts.

von Paul M. (paul_ma)


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Yalu X. schrieb:
> Paul M. schrieb:
>> Daran lag es wohl habe 100k parallel zu C1 eingebaut und nun klappt es
>> sowohl in der Simulation als auch in der aufgebauten Schaltung.
>
> Bist du sicher, dass du die richtige Schaltung angehängt hast? Bei mir
> macht sie keine Überschwinger, sondern schwingt dauerhaft mit voller
> Amplitude. Auch der zusätzliche 100k-Widerstand ändert daran nichts.

Hallo Yalu,

ja, habe nur diese Schaltung und bei mir klappt es damit nun.
Den leichten Überschwinger habe ich auch noch wegbekommen, indem ich C1 
= 220pF gewählt habe.

von Paul M. (paul_ma)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> Der Ausgang treibt direkt L-GND. Der andere GND mit dem Dreieckssymbol
> hat welche galvanische Verbindung zum Rest der Schaltung?
L_GND und GND sind eben nicht direkt verbunden, sondern L_GND ist der 
Netzname vom "Schaltknoten", also der Ausgang. Sorry, ist kein guter 
Name, das stimmt.
Somit passt das ganz gut. Schaltung tut ja nun auch in der Praxis das, 
was sie soll. Einen Kopfhörer gibt es ja hier nicht :D

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Paul M. schrieb:
> wie bereits an anderer Stelle vermerkt, ist L_GND nur ein Netzname.

Hmm ... vielleicht mache ich einen Denkfehler? Daß L_GND und Masse 
verschieden sind sehe ich. Aber L_GND ist das gemeinsame Potential von 
V5/V6 (+/-15V) und V1 (U1in). Und liegt zwischen den FETs. Da die 
Spannungsquellen niederohmig sind, ist doch überall dasselbe Potential.

von Nichtverzweifelter (Gast)


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Himmel noch mal, wie kann mans nur l-GND nennen...

Das implzierte für mich halt Ground...

Kopfhörer? Muss Wunschdenken gewesen sein, haha, sorry.

Na gut. Jetzt wird tatsächlich die Ausgangsspannung geteilt mit den 
Widerständen, dem Inverter zugeführt, der an seinem anderen Eingang... 
o.k., o.k.

Funzt. Liefert aber nur positive Ausgangsspannungen.

Kann bspw. einen DC-Motor treiben, "auch" bremsen.

Es handelt sich also um einen Leistungstreiber, der halt nicht 4 
Quadranten kann. Mit auf der Ausgangsspannung "fliegendem" Gate-Treiber.

Braucht also eingangsseitig wiederum "massefrei"....
.
.
.
Wo zum Teufel sitzt der Kopfhörer, also wirklich :-)

von Paul M. (paul_ma)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> Himmel noch mal, wie kann mans nur l-GND nennen...
>
> Das implzierte für mich halt Ground...
>
> Kopfhörer? Muss Wunschdenken gewesen sein, haha, sorry.
>
> Na gut. Jetzt wird tatsächlich die Ausgangsspannung geteilt mit den
> Widerständen, dem Inverter zugeführt, der an seinem anderen Eingang...
> o.k., o.k.
>
> Funzt. Liefert aber nur positive Ausgangsspannungen.
>
> Kann bspw. einen DC-Motor treiben, "auch" bremsen.
>
> Es handelt sich also um einen Leistungstreiber, der halt nicht 4
> Quadranten kann. Mit auf der Ausgangsspannung "fliegendem" Gate-Treiber.
>
> Braucht also eingangsseitig wiederum "massefrei"....
> .
> .
> .
> Wo zum Teufel sitzt der Kopfhörer, also wirklich :-)

Hallo Nichtverzweifler,

Jaaaa, jetzt verstehen wir uns. Genau so war es gedacht. Genau, negative 
Spannungen kann er nicht - brauche ich aber auch nicht.
Sorry noch mal wegen dem Namen L_GND, weiß auch nicht mehr, wie ich 
darauf gekommen bin....
Gute Nacht.

von Nichtverzweifelter (Gast)


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Schon mal "Gute Nacht".

Da die Schaltung aber "noch" ganz analog funktioniert, hätte ich noch 
eine Frage dazu:

Wie "isolierst" Du das (so überhaupt) analoge Eingangssignal? Dessen 
"Ground" fliegt ja mit dem Ausgang mit.

von Paul M. (paul_ma)


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Konnte doch noch nicht schlafen, weil die Schaltung jetzt funktioniert 
und ich so happy bin. Daher antworte ich Dir jetzt.

Nichtverzweifelter schrieb:
> Schon mal "Gute Nacht".
>
> Da die Schaltung aber "noch" ganz analog funktioniert, hätte ich noch
> eine Frage dazu:
>
> Wie "isolierst" Du das (so überhaupt) analoge Eingangssignal? Dessen
> "Ground" fliegt ja mit dem Ausgang mit.

Die Spannung am nicht-invertierenden Eingang von OpAmp U1 wird von einem 
DAC bereit gestellt. Der DAC floatet ebenfalls (er sieht als Masse auch 
L_GND) und ist mit einem ADuM162N isoliert am Mikrocontroller 
angeschlossen.
Es gibt außerdem noch einen ADC, welcher die Ausgangsspannung (und Strom 
über den Shunt) erfasst.
Der Mikrocontroller kann damit dann die Ausgangsspannung/Strom setzen.

von Paul M. (paul_ma)


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Mohandes H. schrieb:
> Aber L_GND ist das gemeinsame Potential von
> V5/V6 (+/-15V) und V1 (U1in).

Hallo Mohandes,

Ja, V5 und V6 erzeugen Spannungen +/-15V um die OpAmps zu versorgen. 
Diese Spannungsquellen floaten, denn das Netz mit dem ungeschickt 
gewählten Namen L_GND hängt ja am Ausgang und an dem Punkt, wo die 
beiden Quellen zusammen kommen. V5 forciert eine Spannung +15V über 
L_GND und V6 macht eine Spannung -15V (also unter L_GND). So klar 
geworden?

von Paul M. (paul_ma)


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Paul M. schrieb:
> Der Mikrocontroller kann damit dann die Ausgangsspannung/Strom setzen.

Und sogar regeln... Klappt nun!!!!

Vielen Dank an alle für die Tipps!

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Paul M. schrieb:
> So klar geworden?

Hi Paul, alles klar, ich hab's verstanden. Das mit dem floated ground 
war mir nicht klar. Werde trotzdem morgen mal die Schaltung durch 
LTSpice jagen und mir die einzelnen Signale ansehen. Good night, 
Mohandes

: Bearbeitet durch User
von Nichtverzweifelter (Gast)


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Kleine Anmerkung:

"...praktisch aufgebaut ...mit TL081"

Jene "alte Garde" von OPs klirrt, begrenzt bei Last kleiner 2kOhm, 
deutlicher unter 1k. Als Last sieht der OP (falls 081) vor allem eine 
kapazitive, zwei parallele G-S-Strecken, mit nur 10 Ohm davor. 
Grössenordnung 1...2nF. Guck mal ins Datenblatt, auch da beginnt 
erfahrungsgemäss eine Neigung zu "ringing", wenigstens overshoot. 
Gemildert wird das zwar durch die mittels Integrator-C verlangsamte 
Ansteuerung, aber bevor Dir die FETs abrauchen...

Ausserdem, wäre doch schade, hihi, um den Kopfhörer. Wie, zum Teufel, 
kam ich nur auf den???

MfG

von Paul M. (paul_ma)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> Jene "alte Garde" von OPs klirrt, begrenzt bei Last kleiner 2kOhm,
> deutlicher unter 1k. Als Last sieht der OP (falls 081) vor allem eine
> kapazitive, zwei parallele G-S-Strecken, mit nur 10 Ohm davor.
> Grössenordnung 1...2nF. Guck mal ins Datenblatt, auch da beginnt
> erfahrungsgemäss eine Neigung zu "ringing", wenigstens overshoot.

Guten Morgen Nichtverzweifler,

genau in diese Richtung zielte meine Frage ursprünglich ab. Wie wähle 
ich den für diese Anwendung besten OpAmp aus? Welchen Parameter soll ich 
im Datenblatt anschauen?

von udok (Gast)


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Paul M. schrieb:
> genau in diese Richtung zielte meine Frage ursprünglich ab. Wie wähle
> ich den für diese Anwendung besten OpAmp aus? Welchen Parameter soll ich
> im Datenblatt anschauen?

Der Parameter ist die Bandbreite oder Unity-Gain-Frequency.

Du musst dir die Schleifenverstärkung anschauen.
Wenn die Schleifenvestärkung 1 ist, dann muss die Phasendrehung für
geringes Überschwinges <120 Grad sein, bei 180 Grad schwingt dass dann.

Die Schaltung, so wie du sie jetzt aufgebaut hast, mit 10k und 
100k||220pF
hat eine DC Verstärkung von 10, und eine -3 dB Frequenz von ca. 80 kHz.
Der Opamp muss damit mindestens eine BAndbreite von 80 kHz  10  10 
haben,
also ca. 8 MHz.  Du hast aber zwei Opamps, der zweite spielt auch
noch eine Rolle, ist aber unkritisch, weil deine Schaltung die gesammte
Verstärkung mit einem Opamp macht.
Aber wehe, wenn du an den Ausgang ein C hängst...

von udok (Gast)


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hmm... die Forensoftware macht aus dem Multiplizierzeichen 
Fettschrift...
ob das sinnvoll ist?

von udok (Gast)


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Jedenfalls, wenn das irgendwas in Richtung einstellbares Labornetzteil
werden soll, dann ist die Schaltung so ziemlich praxisfern.
Schau dir doch mal einige Schaltungen an, die funktionieren.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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udok schrieb:
> hmm... die Forensoftware macht aus dem Multiplizierzeichen
> Fettschrift...
> ob das sinnvoll ist?
So ist es in der Bedienungsanleitung beschrieben. Aber es gibt Abhlife: 
lass die Leerzeichen weg. So etwa:
80kHz*10*10

Oder verwende die [pre] Tags zum umrahmen von vorformatiertem Text...

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Paul M. schrieb:
> Schwachsinn habe ich nicht verbaut, man muss aber genau hinschauen.

Guten Morgen allerseits!

Stimmt, man sollte schon genau hinschauen.

Das mit den 'floated Spannungsquellen' (alias L_GND) V5/V6 + Signal V1 
verstehe ich jetzt erst so richtig.

Also kein Kopfhörer sondern das geht an einen µC. Was macht eigentlich 
das Ganze? Nur Simulation oder baust Du das auch auf,

Die Schaltung ist ein schönes Beispiel für Analogtechnik. Und lohnt 
einen 2. Blick!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Paul M. schrieb:
> Ganz klar ist mir zwar immer noch nicht

Unendlich hohe Verstärkung treibt den OP-Amp in die Sättigung, das macht 
ihn sehr träge.

von udok (Gast)


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Nein, tut sie nicht.  Der Opamp hat ja eine Rückkopplung...

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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udok schrieb:
> Der Opamp hat ja eine Rückkopplung...

Jetzt ja. Im ersten Schaltplan hatte U1 noch keine DC Gegenkoppelung 
(nur AC über den Kondensator).

: Bearbeitet durch User
von udok (Gast)


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Doch, hat er auch im erten Bild...

von udok (Gast)


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.. das ist sogar die bessere Schaltung.

Der 100k Widerstand haut doch die Genauigkeit zusammen,
weil ein Fehler in der Ausgangsspannung
nur mehr um den Faktor 10 verringert wird.

Ohne den 100 k wird ein DC Fehler um mindestens 1e6
verringert.

von udok (Gast)


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Ich habe aber jetzt nochmal geschaut...
die Schaltung hat doch keine  Gegenkopplung,
sondern eine Mitkopplung?
Der erste Opamp sollte doch einfach das
Ausgangssignal buffern, und nicht invertieren.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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udok schrieb:
> Ohne den 100 k wird ein DC Fehler um mindestens 1e6 verringert.

Was maßlos viel ist und darum Überschwinger auslöst. Als er den 
Widerstand hinzufügte hörte die Schwingung auch prompt auf.

Stelle dir vor, dein Kind verliert das Gleichgewicht und fängst es nicht 
auf, sondern stößt es mit aller Gewalt schnellstmöglich von dir weg. 
Damit bewirkst du nichts gutes. In solchen Regelkreisen ist es nicht 
anders.

Anderes Beispiel:

Das Zimmer ist Kalt, also zünde ich ein Inferno um es aufzuwärmen. 
Danach ist mir zu warm, also werfe ich einen riesigen Schockfroster an, 
um zu kühlen. Danach ist mir zu kalt. Erfolgreich funktioniert so eine 
Regelung nur, wenn man nicht zu extrem reagiert. Deswegen kannst du bei 
jeder Heizung die Vorlauftemperatur und den Durchfluss für jeden 
einzelnen Heizkörper einstellen.

Wenn Leute nach einem schreckhaften Moment die Kontrolle über ihr völlig 
intaktes Auto verlieren, dann sind es die überzogenen Reaktionen 
(Lenk-Bewegungen), die zum Verhängnis führen.

: Bearbeitet durch User
von Nichtverzweifelter (Gast)


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Parameter wären beim TL081:

Der kann sinnvoll nur Lasten grösser 600 Ohm treiben und Kapazitäten 
kleiner 500pF. Ausgangsstrom kleiner 20mA

Erhöhe also R-Gate auf 200 Ohm, auch wenn das scheinbar die 
Eigenschaften der Schaltung verschlechtert. Jener R-Gate trennt, engl. 
"isolates", den OP von der "heavily capacitive load". C max wird 
gelegentlich in den data sheets angegeben.

Der ebenso uralte RC4556 kann bereits mit 50mA "umladen" ohne zu murren.

Für den Inverter ist wichtig, dass der "unity gain stable" ist. Er muss 
für eine Verstärkung von "nur" eins geeignet sein.
Gegenbeispiel: LF357, Minimum Av=5.

von Paul Ma (Gast)


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udok schrieb:
> Ich habe aber jetzt nochmal geschaut...
> die Schaltung hat doch keine  Gegenkopplung,
> sondern eine Mitkopplung?
> Der erste Opamp sollte doch einfach das
> Ausgangssignal buffern, und nicht invertieren.

Hallo udok,

Doch, es ist Gegenkopplung:
Der Spannungsteiler (R4 und R5) teilt die Ausgangsspannung runter, aber 
weil die OpAmps auf der Ausgangsspannung floaten, ist die Spannung am 
Knoten FB negativ!

U2 invertiert dann.

Und damit passt es dann wieder, weil FB_inv dann wieder auf den 
invertierenden Eingang von U1 geht.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Yalu X. schrieb:
> Bei mir macht sie keine Überschwinger, sondern schwingt dauerhaft mit
> voller Amplitude.

Interessanterweise verschwindet die Dauerschwingung, wenn ich L_GND als
Spice-GND nehme und dafür das Spice-GND der Originalschaltung schwimmen
lasse (Push_Pull_feedback_dual_opAmp1.*). Ich habe dazu einfach L_GND
durch GND und GND durch R_GND ersetzt und damit nur das Bezugspotential
geändert, was in der realen Welt nicht das Geringste am Verhalten der
Schaltung ändern würde, in der simulierten Welt aber offensichtlich
schon.

Dein Screenshot vom 28.09.2020 22:05 legt die Vermutung nahe, dass dein
AD712-Modell ein anderes als das von mir verwendete ist, was die
unterschiedlichen Simulationsergebnisse erklären könnte. Es scheint u.a.
eine deutlich höhere Slewrate zu haben, und wahrscheinlich sind noch
weitere Parameter anders. Welche LTspice-Version verwendest du? Bei mir
ist es 17.0.0.11 (die aktuelle).

Den Invertierer (und damit einen der schwingungsverstärkenden Tiefpässe)
kannst du aus der Schleife herausnehmen, wenn du die Gegenkopplung über
den nichtinvertierenden Eingang von U1 machst. Da das Eingangssignal nun
am invertierenden Eingang anliegen muss, muss es vorher invertiert
werden. Des Weiteren scheint der P-Mosfet M1 ohne Funktion zu sein, da
er nie leitend wird. Das muss er auch nicht, da du ja nur positive
Ausgangsspannungen brauchst. Durch das Weglassen dieses Mosfets entfällt
auch dessen Gate-Kapazität, was die Stabilität der Schaltung weiter
verbessert. Zusammen mit diesen Änderungen habe ich – passend zum
geänderten Bezugspotential – die Schaltungskomponenten teilweise neu
angeordnet (Push_Pull_feedback_dual_opAmp2.*).

Wenn der Eingang nicht hochohmig sein muss, kann mit einer weiteren
Änderung der Invertierer sogar komplett entfallen. R5 habe ich dabei so
angepasst, dass die Gesamtverstärkung der Schaltung (21) erhalten bleibt
(Push_Pull_feedback_dual_opAmp3.*).

Durch die geänderte Anordnung der Schaltungskomponenten wird auch
(besser als in der Originalschaltung) deutlich, dass der Mosfet in
Source-Schaltung betrieben wird und damit zusätzliche Verstärkung in die
Schleife bringt. Diese beträgt bei einer Eingangsspannung von 0,5 V etwa
34 und führt dazu, dass trotz des Spannungsteilers aus R5 und R4 der
Gegenkopplungsfaktor k > 1 ist. Die meisten Opamps sind aber nur für
k ≤ 1 kompensiert. Durch die Lead-Compensation mit C1 lässt sich das
aber beheben.

Zu beachten ist dabei allerdings, dass die Verstärkung durch den Mosfet
mit dem Lastwiderstand steigt. Du solltest also C1 für den größten zu
erwartenden Lastwiderstand dimensionieren.

: Bearbeitet durch Moderator
von Jens G. (jensig)


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Paul Ma (Gast)

>Doch, es ist Gegenkopplung:
>Der Spannungsteiler (R4 und R5) teilt die Ausgangsspannung runter, aber
>weil die OpAmps auf der Ausgangsspannung floaten, ist die Spannung am
>Knoten FB negativ!

... gegenüber L_GND, speziell am +Eingang des U2

Sollte schon noch dazu gesagt werden, sonst verzweifeln die Leute immer 
noch, weil sie geistig die zwei Massen nicht auseinander halten können.

von W.S. (Gast)


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Yalu X. schrieb:
> Durch die Lead-Compensation mit C1 lässt sich das
> aber beheben.

Kleiner Tip aus der Praxis: in Reihe mit sowas wie dem C1 hier sollte 
man immer einen kleinen Widerstand schalten.

Und ob ein OpV gegen einen Lastwiderstand von nur 10 Ohm (R_gate) sauber 
arbeiten kann oder nicht (was ich für viel wahrscheinlicher halte) hat 
der TO auch bloß nicht geklärt.

W.S.

von Nichtverzweifelter (Gast)


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R gate vergrössern, schrieb ich schon.

Den "unteren" FET hat er drin, um auch "bremsen" zu können, falls er 
damit einen DC-Bürstenmotor antreibt.

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Jens G. schrieb:
> ... gegenüber L_GND, speziell am +Eingang des U2
>
> Sollte schon noch dazu gesagt werden, sonst verzweifeln die Leute immer
> noch, weil sie geistig die zwei Massen nicht auseinander halten können.

... und offensichtlich behandelt LTSpice sein internes Gnd anders als 
einen anderen, willkürlich gewählten Gnd (L_GND).

von Paul Ma. (Gast)


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Nichtverzweifelter schrieb:
> R gate vergrössern, schrieb ich schon.

Tatsächlich. Hatte statt R_load nun mal eine kapazitive Last 
angeschlossen und erst mit R_gate = 36kOhm wurde die Sache stabil....

von Paul Ma. (Gast)


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@ Yalu:
Danke für die umfangreiche Untersuchung und Weiterentwicklung.

Weiß jemand, wie man sich in LTSpice das Bode-Diagramm anzeigen lassen 
könnte, um die Phasenreserve zu ermitteln? Geht das per AC-Simulation?

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