Moinmoin, ich würde ganz gerne in einer Techniker-Aufstiegsfortbildung einen einfachen OPV als Beispiel für eine integrierte Transistorschaltung hernehmen. Differenzverstärker, Emitterschaltung und Emitterfolger sind leicht erklärt, aber bei einer anschaulichen Erklärung weshalb es C1 bedarf stecke ich fest. Könnt ihr mir da weiterhelfen, vielleicht sogar mit einer Literaturempfehlung? Danke und viele Grüße! :)
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Hi OPV, schau mal hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Millereffekt viele Gruesse, "OPVAntworter" :-)
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Vielen Dank für den schnellen Hinweis! :) Das der Kondensator zur Kompensation dient um die OpenLoop-Verstärkung vorm Erreichen von 180° am invertierenden Eingang unter 0dB zu drücken, ist mir bekannt. Die Notwendigkeit hierzu kann über das Noisegain auch relativ simpel hergeleitet werden. Nur warum wird das so erreicht? Also wieso fällt die Verstärkung der Emitterstufe durch Einfügen dieses Kondensators mit der Frequenz ab? Und wo wir gerade dabei sind, wie kann man die Simulation ändern um die OpenLoop-Verstärkung zu plotten? Viele Grüße!
OPV schrieb: > Also wieso fällt die Verstärkung der > Emitterstufe durch Einfügen dieses Kondensators mit der Frequenz ab? Weil: Wenn die Spannung an der Basis steigt, sinkt die Spannung am Kollektor. Durch den Kondensator wird die Basis wieder herunter gedrückt. Also eine Gegenkoppelung. Je höher die Frequenz ist, umso stärker wirkt die Geenkoppelung, weil der Innenwiderstand des Kondensators ja mit steigender Frequenz sinkt.
OPV schrieb: > . Die Notwendigkeit hierzu kann über das Noisegain auch relativ simpel > hergeleitet werden. Nein. Die Notwendigkeit ist das von dir bereits genannte Stabilitätskriterium, sonst wäre dein Opamp nicht Unity-Gain-stabil. Rauschanalyse und Rauschoptimierung kommen i.A. nach der Stabilität. mfg mf
@Stefan: Vielen Dank für diese anschauliche Erklärung, jetzt hat es endlich bei mir Klick gemacht! @Achim: Man muss ja erstmal erklären, wo das Stabilitätskriterium herkommt, und wenn das LoopGain -1 wird, wird das Noisegain unendlich.
... weiterführende Infos zur simulation mit LTspice :-) https://youtu.be/X4yaBwaO1gk?t=665 https://wiki.analog.com/university/courses/tutorials/index https://wiki.analog.com/university/courses/alm1k/alm_circuits_lab_outline
OPV schrieb: > @Achim: Man muss ja erstmal erklären, wo das Stabilitätskriterium > herkommt, und wenn das LoopGain -1 wird, wird das Noisegain unendlich. Aber das Stabilitätskriterium ist doch z.B. Phase Margin > 45° bei Gain 0dB (=1) und nicht -1.
OPV schrieb: > @Stefan: Vielen Dank für diese anschauliche Erklärung, jetzt hat es > endlich bei mir Klick gemacht! > > @Achim: Man muss ja erstmal erklären, wo das Stabilitätskriterium > herkommt, und wenn das LoopGain -1 wird, wird das Noisegain unendlich. Man muss ja nur an die Tiefpasswirkung einer RC-Kombination denken. Der Ausgangswiderstand der ersten Stufe arbeitet auf die Eingangsimpedanz der zweiten Stufe, deren kapazitiver Anteil relativ groß ist, denn die Kapazität C1 wirkt durch den Miller-Effekt ja drastisch vergrößert. Erst dadurch kann die Grenzfrequenz des Tiefpasses ausreichen klein gemacht werden,(10..500)Hz. Mit einem Kondensator nach Masse (klassischer Tiefpass) wäre das nicht möglich, da so eine große Kapazität nicht/schwer/ungünstig In IC-Technologie zu realisieren wäre. Zum "loop gain": Das ist die Verstärkung der gesamten geöffneten Rückkopplungsschleife - so wie man es messen und simulieren würde bei Einspeisung des Testsignals an der Öffnungsstelle. Daher ist das negative Vorzeichen (bei Gegenkopplung) natürlich mit drin in der Definition und die Stabilitätsgenze ist bei |Loop gain|=1 und Phase=0.
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Wenn man sich den Regelkreis anschaut, dann ergibt sich die Oszillationsbedingung bei
Die 45° Phasemarging kommen daher, dass man von diesem Punkt ausreichend Abstand halten sollte. Die Simulation des Open Loop Gains ist bis jetzt am Finden des DC-Arbeitspunkts gescheitert. Mit einem RC-Glied ausreichend tiefer Grenzfrequenz klappt auch das :) Damit sind alle meine Fragen beantwortet, vielen Dank! :)
https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-3 Kurzer Nachtrag zu den Modellen :-) Beitrag "Re: OPAmps in LTSpice"
OPV schrieb: > Wenn man sich den Regelkreis anschaut, dann ergibt sich die > Oszillationsbedingung bei
> Die 45° Phasemarging kommen daher, dass man von diesem Punkt ausreichend > Abstand halten sollte. > > Die Simulation des Open Loop Gains ist bis jetzt am Finden des > DC-Arbeitspunkts gescheitert. Mit einem RC-Glied ausreichend tiefer > Grenzfrequenz klappt auch das :) > > Damit sind alle meine Fragen beantwortet, vielen Dank! :) Nur noch ein kurzer Nachtrag, weil es dabei immer wieder Missverständnisse gibt. Es ist alles richtig, was Du schreibst. Aber das Produkt (A*Beta) ist noch nicht das, was man "Schleifenverstärkung" (loop gain) nennt. Dazu gehört das Minuszeichen an der Vergleichsstelle, also: Schleifenverstärkung Vs=-A*Beta (mit A=A(jw)) und die schon von Barkhausen formulierte Schwingungsbedingung ist Vs=+1 (was auch anschaulich gut nachvollzogen werden kann mit Eingang=Ausgang an der Schnittstelle). Kurz zur Phasenreserve: Wenn der OPV so kompensiert ist, dass die 2. Eckfrequenz gerade da liegt, wo die erste Asymptote (-20dB/Dek) die 0dB-Achse schneidet, dann ist die Phasendrehung an der Stelle gerade -90-45=-135 Grad und man hat noch 45 Grad Reserve zur Stab.Grenze. Liegt die 2. Eckfrequenz etwas höher, dann ist die Reserve natürlich größer.
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Bist du dir da absolut sicher? Im Mancini z.B. steht es mit Aβ, und mir ist auch keine anderslautende Literatur bekannt. > The quantity Aβ is so important that it has been given a special name: loop gain. https://web.mit.edu/6.101/www/reference/op_amps_everyone.pdf Seite 81 erster Absatz. Da wir das ganze auf einem Breadboard aufbauen wollen, werde ich vermutlich großzügig kompensieren. Erstens um Schwingneigungen zu reduzieren, und zweitens damit sie sich auch die durch Q4, R2 und C1 begrenzte Slewrate sauber anschauen können.
OPV schrieb: > Bist du dir da absolut sicher? Im Mancini z.B. steht es mit Aβ, und mir > ist auch keine anderslautende Literatur bekannt. >> The quantity Aβ is so important that it has been given a special name: loop > gain. Ja, ich weiß, dass der Term "loop gain LG" in manchen Veröffentlichungen einfach mit Aβ (ohne Minuszeichen) benutzt wird - finde ich sehr unglücklich und verwirrend. Ist aber vielleicht auch Ansichtssache. Meine Begründung: * Was ist Gegenkopplung? Antwort: Negative Schleifenverstärkung. In dem Modell von Mancini wäre diese aber bei LG=Aβ positiv. Für mich unlogisch. * Die Stabilitätsgrenze ist bei Aβ=-1 - also bei LG=-1? Schon bei Barkhausen ist die Schwingbedingung "Scheifenverstärkung LG=+1 . Klingt also nach Widerspruch. * Messung/Simulation: In beiden Fällen wird die Schleife an geeigneter Stelle (ohne Belastungsänderung) geöffnet und ein Testsignal eingespeist. Dabei wird das Minuszeichen natürlich automatisch mit reingerechnet. Das ist für mich das stärkste Argument für die Berücksichtigung der IMMER vorhandenen Phasenumkehr innerhalb der Schleife. * Es gibt (gerade in der Regelungstechnik) viele Systeme, bei denen die für Gegenkopplung unabdingbare Phasen-Inversion irgendwo innerhalb der Schleife (also nicht "vorne" beim Soll-Ist-vergleich) erfolgt. Auch dann ist das Minuszeichen automatisch mit drin. * Fazit: Es gibt zwei unterschiedliche Namensgebungen, die sich durch ein Minuszeichen unterscheiden (Bei Bode ist Aβ das sog. "return ratio" und der "loop gain" is LG=-Aβ). Es ist wohl so, dass LG=-Aβ eher in der Regelungstechnik und LG=Aβ in der Schaltungstechnik angewendet wird. Das Ganze ist ja auch kein Problem, da es "nur" um die Namensgebung geht - und wenn man den Hintergrund versteht, kann es auch zu keinen Probleme kommen. Aber wenn man nicht so ganz drin ist in der Materie, dann ist man verwirrt, da die Phasenreserve manchmal im Vergleich zu -180 Grad und manchmal zu -360 (also Null) Grad ermittelt wird. Ich habe das nämlich oft genug erlebt und es gibt in den einschlägigen Foren auch entsprechende Fragen in dieser Richtung.
Lutz V. schrieb: > Was ist Gegenkopplung? Antwort: Negative Schleifenverstärkung. In dem > Modell von Mancini wäre diese aber bei LG=Aβ positiv. Für mich > unlogisch. Das ist ein sehr gutes Argument! Vielen Dank für die ganzen Hinweise, das ist guter Stoff für den Unterricht.
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