Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LT Spice Modell MCP601


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von basti (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe ein Problem mit meiner LTSpice Simulation. Habe das Modell des 
MCP601 OPV versucht einzubinden. Ich habe es vor 2 Tagen ausprobiert und 
da ging alles. Also die Simulation hat mir das ausgespuckt was ich mir 
erwartet habe. Heute habe ich die Simulation wieder aufgemacht und jetzt 
funktioniert sie komischerweise nicht mehr. Fehlermeldung ist angehängt. 
Es kommt aber etwas bei der Simulation raus. Keine Ahnung was das ist, 
aber auf jeden Fall nicht das Richtige (auch als Bild angefügt).
Ich habe die MCP601 sowohl im Order von LT Spice Programm, also im sub 
Ordner, als auch im Programmordner der Simulation gespeichert. In der 
Simulation habe ich das dann mit .include MCP601.sub eingefügt.
Kann mir jemand sagen was ich ändern muss?
Ich habe gelesen, dass man unter Tools=>Control Panel=>SPICE Gmin, 
Abstol, Solver usw. ändern kann, was den Fehler unter Umständen beheben 
kann. Hab da schon einiges verändert, aber hat mir auch nicht 
weitergeholfen. Teilweise sind dann sogar noch andere Fehlermeldungen 
gekommen.
Vielleicht kann mir da jemand weiterhelfen...

Vielen Dank schon mal!

von Michel M. (elec-deniel)


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von Klaus R. (klara)


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basti schrieb:
> Vielleicht kann mir da jemand weiterhelfen...

Ja, ich habe auch etwas von Helmut Sennewald.
mfg klaus

von basti (Gast)


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Danke schon mal für die Antworten, jetzt bekomme ich ein Signal raus, 
das aber meiner Meinung nach falsch ist. Kann es sein, dass die Modelle 
von allen MCP OPV irgendwie fehlerhaft sind? Ich hab nochmal einen 
Screenshot angefügt. Oder liegt es an meiner Schaltung, dass da so ein 
komisches Signal herauskommt. Das soll ein Filter für ein PWM Signal mit 
ca. 4kHz und 50% DutyCycle sein.

von Klaus R. (klara)


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basti schrieb:
> jetzt bekomme ich ein Signal raus,
> das aber meiner Meinung nach falsch ist. Kann es sein, dass die Modelle
> von allen MCP OPV irgendwie fehlerhaft sind?

Ich glaube nicht das es am Modell liegt, eher an der Beschaltung.
Spendiere dem OPV +UB und -UB mit jeweils 2,5 V.

So wie sie Signalquelle gegen GND angeschlossen ist will jede fallende 
Flanke ins Negative gehen. Das kann der OPV aber nicht nicht mitmachen, 
da -UB auf GND liegt. Also stelle eine symmetrische Stromversorgung für 
den OPV zur Verfügung. Er vertägt aber nur max 6,0 V! Also +2,5V und 
-2,5V verwenden oder so ähnlich.
mfg klaus

von basti (Gast)


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Kann man das Problem auch umgehen, ohne eine negative 
Versorgungsspannung bereitstellen zu müssen?
Also nur der 5V Spannungsquelle, wie sie in meiner Schaltung 
eingezeichnet ist.

von basti (Gast)


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  • preview image for TP.PNG
    TP.PNG
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Beziehungsweise anders gefragt, warum funktioniert dieser Filter, 
bestehend aus zwei normalen RC Glieder, die Sallen Key Schaltung jedoch 
nicht. Es hängt wahrscheinlich mit der Rückkopplung zusammen, aber kann 
das jemand genauer erklären?

von Klaus R. (klara)


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Hallo Basti,

SalleyKeyDesingTool-Ergebnis.png
Grenzfrequenz liegt bei 66 Hz. Das sollte für 4 KHz genügen.

Bode_MCP6041.png
Der MCP6041 funktioniert als Tiefpass zunächst richtig. Aber nur bis ca. 
280 Hz. Dann verliert er wieder an Dämpfung.

Bode_UniversalOP2.png
Mit dem UniversalOP2 funktioniert das Filter, zumindest bis 18 kHz. 
Danach geht auch hier die Dämpfung verloren die bei 18 kHz bei 100 dB 
lag. Ab 10 MHz pendelt es sich auf 50 dB Dämpfung ein. Dir würde das 
sicher vollkommen genügen.

Man müßte mal das Datenblatt danach untersuchen wie es mit der 
Stabilität bei 0 dB Verstärkung aussieht. Manche OPV sind erst z.B. ab 5 
dB Verstärkung stabil.

Auch hängen am Output 200 nF dran. Sie liegen aber nicht auf Masse. 
Trotzdem könnte dies auch ein Punkt sein.
mfg Klaus

von Klaus R. (klara)


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Hallo,
ein Nachtrag.
mfg Klaus

von basti (Gast)


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Danke für deine Antwort Klaus. Und an was liegt das, dass die Dämpfung 
dann plötzlich wieder geringer wird. Bei dem Tiefpass in meinem vorigen 
Post, also nicht der Sallen Key sondern TP.png ist dies ja nicht der 
Fall, deshalb liegt es ja vermutlich an der Rückkopplung, also an dem 
Kondensator in der Rückkopplung, dass sich die Dämpfung dann plötzlich 
verringert. Und welchen Vorteil hat man durch die Sallen Key Schaltung 
im Gegensatz zum normalen Tiefpass wie in TP.png?

von Klaus R. (klara)


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Ja, man sollte zuerst das Datenblatt lesen!

MCP6041
1
Unity Gain Stable       Yes            Gut!
2
Rail-to-Rail            In/Out         Gut!
3
GBWP (kHz)              14             Gibt es das wirklich???

Der MCP6041 hat ja zumindest einen geringen Ruhestrom von 600 nA pro OP.
Aber ein "gain bandwidth product of 14 kHz" hatten vielleicht die 
Ur-Ur-Väter der OPV.

Kein Wunder das das Sallenkey Filter ab 280 Hz anfängt schlapp zu 
machen.
Danke für die Lektion. Man lernt selbst nach Jahrzehnten nie aus.
mfg Klaus

von Klaus R. (klara)


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Hallo Basti,
der MCP601 sieht nach dem Datenblatt ganz gut aus. Auch läuft die 
Simulation im Mode Transient gut ab.

Allerdings wollte ich jetzt über die AC Analysis den Frequenzgang im 
Bodegiagramm darstellen und erhielt den Fehler:
1
ltspice failed to find dc operating point for ac analysis

Die Modelle von Microship haben es wohl wirklich so in sich. Die Suche 
brachte mich direkt auf diesen Thread.

Beitrag "Re: LTSpice Model für den MCP6001 funktioniert nicht"

Helmut Sennewald hat es wirklich geschafft gehabt den MCP6001 zum Laufen 
zubringen. Beim MCP601 gibt es ja ähnliche Probleme. Sonst hätte man 
nach einigen .Options Direktiven nicht auch noch
1
.options cshunt=1e-12
2
3
* Das Teufelszeug cshunt. Da wird an jedem Knoten ein Kondensator nach 
4
Masse geschaltet.

einsetzen müssen. Helmut fand das gar nicht gut und hat das entsprechend 
kommentiert gehabt.

Ich kann Dir nur raten einen OPV zu wählen der ein vernüftiges Modell 
hat.

Versuch es doch mal mit dem MCP6001. Helmut hatte ja im Modell einiges 
berichtigt, allerdings dann auch in der Beschaltung etwas angepasst. Der 
OPV selber sollte passen.
mfg Klaus

: Bearbeitet durch User
von basti (Gast)


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Danke Klaus für deine Antworten. Hab jetzt viel herumprobiert und jetzt 
funktioniert soweit alles. Hab nur noch ein elektrotechnisches 
Verständnisproblem. Kenne mich mit OPVs leider nur wenig aus. Mein Ziel 
ist es ja ein veränderliches PWM Singal mit ca. 4kHz so stark wie 
möglich zu dämpfen, jedoch mit einer halbwegs guten Zeitkonstante, also 
nach ca. 30ms sollte sich das Signal im eingeschwungenen Zustand 
befinden. Jetzt habe ich die Sallen-Key Schaltung zweiter Ordnung mit 
einem RC Tiefpass zweiter Ordnung + Spannungsfolger verglichen. Bei der 
Sallen-Key Schaltung kommt laut Simulation ein total verrauschtes Signal 
raus, bei manchen OPVs besser bei manchen schlechter. Bei dem RC 
Tiefpass kommt das Signal raus das ich mir erwarte. Der Spannungsfolger 
ändert dann nichts mehr am Signal, so dass am Ausgang des OPV das selbe 
Signal wie nach dem RC Tiefpass anliegt anliegt. Nun die Frage: Was hat 
die Sallen-Key Schaltung bei meiner Anwendung für einen Vorteil im 
Gegesatz zur RC Schaltung? Laut Simulation bringt die Sallen-Key 
Schaltung ja nicht den gewünschten Erfolg. Könnte ich die RC Schaltung + 
Spannungsfolger so verwenden, oder hat die Schaltungstechnisch 
irgendwelche gravierenden Nachteile gegenüber Sallen-Key?

von Klaus R. (klara)


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basti schrieb:
> Jetzt habe ich die Sallen-Key Schaltung zweiter Ordnung mit
> einem RC Tiefpass zweiter Ordnung + Spannungsfolger verglichen. Bei der
> Sallen-Key Schaltung kommt laut Simulation ein total verrauschtes Signal
> raus,

Dann liegt es an etwas anderem. Ein Tiefpass kann eigentlich nicht 
sonderlich Rauschen.

> Bei dem RC
> Tiefpass kommt das Signal raus das ich mir erwarte.

Ein RC Tiefpass zweiter Ordnung? Wenn beide RC-Teilfilter die gleiche 
Grenzfrequenz haben, dann ist das Filter nicht so steil wie ein Sallen 
Key Filter.

Zeig doch mal beide Simulationen.
mfg Klaus

von basti (Gast)


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Der Tiefpass rauscht auch nicht, es ist der OPV, da hattest du ja schon 
eine Erklärung parat.

Klaus R. schrieb:
> So wie sie Signalquelle gegen GND angeschlossen ist will jede fallende
> Flanke ins Negative gehen. Das kann der OPV aber nicht nicht mitmachen,
> da -UB auf GND liegt. Also stelle eine symmetrische Stromversorgung für
> den OPV zur Verfügung. Er vertägt aber nur max 6,0 V! Also +2,5V und
> -2,5V verwenden oder so ähnlich.

In einem vorigen Post das Bild Spice.PNG ist mit der Sallen Key 
Schaltung. Da wurde der MCP6041 verwendet. Bei den anderen ist es etwas 
besser aber auch nicht gut. Bei TP.PNG kommt das Signal raus das ich mir 
wünsche, da ist das RC Glied zweiter Ordnung und ein Spannungsfolger 
eingesetzt. Deswegen die Frage, warum bei der Sallen Key Schaltung für 
diese Anwendung so ein verrauschtes Signal rauskommt, beim TP mit 
Spannungsfolger aber nicht? Und welchen Vorteil dann Sallen-Key im 
Gegensatz zu TP mit Spannungsfolger hat und ob man TP mit 
Spannungsfolger so in der Praxis einsetzen kann?

Wenn man die gleichen Bauteilwerte für beide Schaltungen nimmt, ist die 
Übertragunsgfunktion doch identsich, also müsste der Filter die gleiche 
Steilheit haben oder nicht?

von Klaus R. (klara)


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basti schrieb:
> Deswegen die Frage, warum bei der Sallen Key Schaltung für
> diese Anwendung so ein verrauschtes Signal rauskommt, beim TP mit
> Spannungsfolger aber nicht?

Ich hatte ja zumindest ein Bild vom "Rauschen" erwartet.

Der MCP601 hat nicht genügend Bandbreite, beim MCP6041 funktioniert die 
AC Analyse nicht. Ich habe deshalb den TLC272 gewählt, ein Standard OPV. 
Es ist kein Rail to Rail liefert aber bei 5,0 V noch 3,8 V Output.

Sallen_Key_mit_Model_TLC272_100n_Bode.jpg
Das Bodediagramm sieht ordentlich aus. Am Output kommen -9 dB heraus. 
Bei 4 KHz haben wir -77 dB. Die Grundwelle des Rechtecks wird um -68 dB 
gedämpft. Das ist gut.

Sallen_Key_mit_Model_TLC272_10n_.jpg
Jetzt siehst bestimmt Dein Rauschen.
1
PULSE(0 5 0 10n 10n 128µ 256µ)

Du willst einen Rechteck mit 4 KHz erzeugen und definierst Flanken mit 
10ns? Ich denke, das ist etwas übertrieben. Zumal wir hier mit idealen 
Leiterbahnen, Kondensatoren und Widerständen simulieren.

Sallen_Key_mit_Model_TLC272_100n_Spikes.jpg
Jetzt habe ich die Flanken um Faktor 10 flacher gelegt. Der Ausschnitt 
ist vergrößert und jetzt sieht man kein Rauschen mehr, es sind Spikes! 
Vergrößer die mal weiter. Wieviel MHz haben die?

Sallen_Key_mit_Model_TLC272_1µ_.jpg
Jetzt habe ich die Flanken noch mal um Faktor 10 flacher gelegt. 
Immerhin sind sie für 4 kHz noch sehr steil. Aber, oh Wunder, die Spikes 
sind weg.

Man sollte gewöhnliche 1 MHz OPV nicht mit 100 MHz torpedieren.

Den TLC272 kann man hier auch mit einem Rechteck von GND aus betreiben 
und braucht nicht auf UB/2 gehen.
mfg Klaus

von Klaus R. (klara)


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basti schrieb:
> Der Tiefpass rauscht auch nicht, es ist der OPV, da hattest du ja schon
> eine Erklärung parat.

Alles klar? Ich sehe hier das auch als Teamwork. Diskussionen gehören 
dazu. Davon lebt Teamwork und wird Dich auch weiter bringen.
mfg Klaus

von basti (Gast)


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Ja, simulationstechnisch sind alle meine Fragen beantwortet. Danke 
nochmal dafür Klaus. Hat mir jetzt die letzten Tage auch beim 
Verständnis schon sehr weitergeholfen.
Muss jetzt aber die nächsten Wochen noch meine Defizite in Bezug auf 
Operationsverstärker und Operationsverstärkerschaltungen bereinigen :-)

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