Hallo,
ich will die angehängte Schaltung in LTspice auf Stabilität untersuchen
(Verstärkungs- und Phasenreserve ablesen). Ich versuche es nach diesem
hier vorgestellten Prinzip:
https://www.analog.com/en/education/education-library/videos/5579254320001.html.
Würde ich nur den ersten Schaltungsteil mit dem OP495 simulieren, wäre
ich mir recht sicher, dass die Simulation so stimmt. Probleme macht aber
der zweite Teil mit dem Instrumentenverstärker. Wo muss ich meine
AC-Quelle einfügen? Was muss ich plotten, um Verstärkungs- und
Phasenreserve der gesamten Schaltung ablesen zu können?
Das Modell des INA828 gibt es von TI, keine Ahnung, ob ich das hier auch
anhängen darf, aber ihr könnt auch die Schaltung mit dem diskreten
Instrumentenverstärker simulieren, es geht mir erst mal nur ums Prinzip.
Ich scheitere bei solchen Schaltungen immer daran, den einfachen
Standardfall auf mein Problem zu übertragen. Deswegen bin ich auch für
Dokumente dankbar, die mich hier weiterbringen.
Grüße Simulant
Simulant schrieb:> Das Modell des INA828 gibt es von TI, keine Ahnung, ob ich das hier auch> anhängen darf, aber ihr könnt auch die Schaltung mit dem diskreten> Instrumentenverstärker simulieren, es geht mir erst mal nur ums Prinzip.
Gar nicht, da du an die internen Knoten nicht rankommst. Der INA828 ist
ist auch nicht aus drei Opamps aufgebaut - so wie fast alle guten IVs.
Was du machen kannst: Lege einen Rechteckpuls an den Eingang, und schau
dir
die Sprungantwort an. Wenn die überschwingt, dann hast du eventuell ein
Problem.
Aber wozu die sinnlose Übung? Der IV ist doch fertig und funktioniert.
@Udo
> Aber wozu die sinnlose Übung?
Ich habe Messungen bekommen, auf denen man eine Oszillation mit 100kHz
sieht und wollte überprüfen, ob sich darauf ein Hinweis in der
Simulation finden lässt.
Ich wuerde schon denken das man auch mit dem einfügen einer
Spannungsquelle die Phasenreserve einer komplexeren Schaltung bestimmen
kann, allerdings denke ich das man daraus wenig Aussagen auf in der
Praxis tatsaechlich stattfindenden Problemen bekommt. Erst recht wenn
man sozusagen Rueckwaerts zu Erkenntnissen kommen will.
Von daher ist der Tip mit dem Impuls den Eingang hier sicherlich
zielfuehrender. Das kann man sicher auch gut in der Simulation machen
und mache ich auch gerne, aber bei deinem Problem waere es vermutlich
noch sinnvoller es an der realen Schaltung zu testen. Es gibt immer auch
mal Unterschiede zwischen Simulation und Realitaet.
Olaf
Udo K. schrieb:> Dann zeige doch die richtige Schaltung her...
Abgesehen von 100nF Cs an der Spannungsversorgung ist die Schaltung
genau so aufgebaut.
Olaf schrieb:> Von daher ist der Tip mit dem Impuls den Eingang hier sicherlich> zielfuehrender.
Impuls am Eingang ergibt sowohl in der Simulation als auch auf dem Tisch
keine Oszillation. In der Anwendung scheint es Probleme zu geben, was
aber nicht bedeuten muss, dass die Oszillation wirklich von der
Schaltung kommt.
Weil ich mich allgemein für das Thema interessiere, dachte ich, es wäre
möglich die Phasenreserve zu simulieren, wenn man weiß, wo die Quelle
eingefügt werden muss. Wenn das Quatsch ist, dann nehme ich das erst mal
so hin.
Grüße Simulant
Was mir auffällt ist der 10nF Kondensator der direkt am Ausgang des
OP495 liegt.
Viele OPs mögen solche kapazitiven Lasten am Ausgang nicht.
Was soll der bewirken? Für einen Tiefpass fehlt hier noch ein
Serienwiderstand am Ausgang des OPs.
Simulant schrieb:> Weil ich mich allgemein für das Thema interessiere, dachte ich, es wäre> möglich die Phasenreserve zu simulieren, wenn man weiß, wo die Quelle> eingefügt werden muss. Wenn das Quatsch ist, dann nehme ich das erst mal> so hin.
Das ist auch möglich, aber du musst an die internen Knoten ran.
Ein IV besteht ja aus mehreren ineinander verschachtelten Schleifen,
und jede einzelne kann Probleme machen.
Die 10 nF sind ja nur über den Feedback-R. Wie schaut es mit der Last
aus, gibt es da 100 Ohm zum Entkoppeln (Tastkopf Kapazität)?
Aber wenn ich nochmal auf die Schaltung schaue: Warum ist der IV Eingang
nur am R1? Was soll das bringen?
Simulant schrieb:> Weil ich mich allgemein für das Thema interessiere, dachte ich, es wäre> möglich die Phasenreserve zu simulieren, wenn man weiß, wo die Quelle> eingefügt werden muss. Wenn das Quatsch ist, dann nehme ich das erst mal> so hin.
Es ist kein Quatsch, die Methode, die im AD-Tutorial beschrieben wird,
funktioniert. Und die Quelle muss in die Rückkopplung, also so wie in
deiner Simu geschehen.
Wenn du tatsächlich eine Oszillation von 100kHz siehst kommt kaum der
OP495 als Quelle in Frage, da dessen GBW grade mal 75kHz beträgt. Zeig
halt mal die Messergebnisse und ein Foto des Aufbaus - vielleicht hast
du ja doch irgendwas falsch verschaltet. Oder mit einer zu großen
Kapazität am Ausgang des INA828 gemessen (welchen Tastkopf verwendest
du?) Oder sonstwas, was man in der Simu halt nicht erkennen kann.
Udo S. schrieb:> Was mir auffällt ist der 10nF Kondensator der direkt am Ausgang des> OP495 liegt.
Er liegt ja in der Rückkopplung, nicht als Last des OPV-Ausgangs gehen
ein festes Potential. Er ist damit auch nicht kritisch bezüglich
Oszillationsneigung.
noch zwei Ergänzungsfragen: womit hast du denn die "5,49kOhm" für die
Verstärkung des INA828 eingestellt? Irgendein Poti (das evtl. viel
unerwünschte parasitäre Eigenschaften mit sich bringt)? Hast du dich an
die Layout-Vorgaben im Datenblatt des INA828 gehalten?
Achim S. schrieb:> Wenn du tatsächlich eine Oszillation von 100kHz siehst kommt kaum der> OP495 als Quelle in Frage, da dessen GBW grade mal 75kHz beträgt. Zeig> halt mal die Messergebnisse und ein Foto des Aufbaus - vielleicht hast> du ja doch irgendwas falsch verschaltet. Oder mit einer zu großen> Kapazität am Ausgang des INA828 gemessen (welchen Tastkopf verwendest> du?) Oder sonstwas, was man in der Simu halt nicht erkennen kann.
Wie schon im Titel geschrieben ging es mir mehr um die Simulation. Beim
realen Aufbau gibt es bei mir auf dem Tisch auch keine Probleme. In der
Anwendung habe ich jetzt einen fall mit einer Oszillation bei 100khZ. Ob
die Oszillation von dieser Schaltung kommt, oder sonstwo her ist unklar.
Vielleicht ist auch die Messung murks. Ich wollte hier eigentlich auch
gar nicht mögliche Probleme der Schaltung besprechen, sondern nur
lernen, wie man die Phasenreserve einer solchen Schaltung simuliert.
Achim S. schrieb:> womit hast du denn die "5,49kOhm" für die> Verstärkung des INA828 eingestellt?
Festwiderstand. Ausschnitt des Layouts im Anhang.
Um das praktische Problem muss ich mich selbst kümmern. Da sind aber
noch so viele Fragezeichen, dass Spekulationen hier nichts bringen.
Mit der Simulation wollte ich erstens lernen, wie man das macht und
zweitens sehen, ob die Schaltung dafür verantwortlich sein kann.
Grüße Simulant
Simulant schrieb:> Vielleicht ist auch die Messung murks. Ich wollte hier eigentlich auch> gar nicht mögliche Probleme der Schaltung besprechen, sondern nur> lernen, wie man die Phasenreserve einer solchen Schaltung simuliert.
Du kannst in erster Näherung V_Ausgang / V_Error plotten. V_Error =
V(V+,V-)
Das ist bei den hochohmigen Eingängen ca. die Open-Loop-Gain.
Nur bringt dir das in der Praxis nix.
Wenn dich das Thema interessiert, ist der Jerald Graeme Optimizing
OP-Amp Performance der richtige Einstieg.
Udo K. schrieb:> Wenn dich das Thema interessiert, ist der Jerald Graeme Optimizing> OP-Amp Performance der richtige Einstieg.
Das Buch ist nicht so einfach zu bekommen. Hast du noch einen Tipp?
> Das ist bei den hochohmigen Eingängen ca. die Open-Loop-Gain.
Eine ganz blöde Frage :D Um die Phasenreserve abzulesen plottet man doch
den Loop-Gain? Wieso soll ich jetzt den Open-Loop-Gain simulieren? Oder
soll ich den Loop-Gain aus Open- und Closed-Loop-Gain berechnen?
Mir mangelt es etwas am Verständnis der Grundlagen und dann vor allem,
wie man diese auf Schaltungen anwendet, die nicht dem Standardfall
entsprechen. Beispielsweise auch die Simulation eines analogen
Regelkreises, wie z. B. eines Spannungsreglers. Wenn ich mir dann die
Application Notes anschaue, verstehe ich es und komme beim Simulieren
auch auf die Ergebnisse. Sobald meine Schaltung aber davon abweicht, bin
ich mir jedes Mal unsicher und versenke darin super viel Zeit, bis ich
ein Ergebnis habe, welches ich nachvollziehen kann.
Grüße Simulant
Simulant schrieb:> Eine ganz blöde Frage :D Um die Phasenreserve abzulesen plottet man doch> den Loop-Gain? Wieso soll ich jetzt den Open-Loop-Gain simulieren? Oder> soll ich den Loop-Gain aus Open- und Closed-Loop-Gain berechnen?
Du hast ja nur einen Widerstand im Rückkoppelkreis - der ist
frequenzunabhängig.
Also sieht du die Phasenreserve am Open-Loop Plot vom Opamp bei 20 dB,
wenn deine Schaltung 20 dB Verstärkung hat...
Wichtig ist da immer der Punkt wo die Schleifenverstärkung 1 (0 dB) ist.
Vom Graeme gibt es auch Application Notes:
https://www.ti.com/lit/an/sboa015/sboa015.pdf?ts=1662369016970https://linearaudio.nl/sites/linearaudio.net/files/graeme%20feedback%20generalization_0_0.pdf
Die sind aber sehr "komprimiert", und für Anfänger ungeeignet. Das Buch
geht da mehr in die Tiefe. Ich kenne kein vergleichbares Buch, das das
Thema Opamp und Feedback so gut behandelt. Auch die anderen Bücher wie
Designing with OPVs sind sehr gut und wegen dem Thema leichter zu
verstehen.
Simulant schrieb:> Mir mangelt es etwas am Verständnis der Grundlagen und dann vor allem,> wie man diese auf Schaltungen anwendet, die nicht dem Standardfall> entsprechen. Beispielsweise auch die Simulation eines analogen> Regelkreises, wie z. B. eines Spannungsreglers. Wenn ich mir dann die> Application Notes anschaue, verstehe ich es und komme beim Simulieren> auch auf die Ergebnisse. Sobald meine Schaltung aber davon abweicht, bin> ich mir jedes Mal unsicher und versenke darin super viel Zeit, bis ich> ein Ergebnis habe, welches ich nachvollziehen kann.
Ohne grundlegendes Verständnis geht da eben nichts...
Ich würde die Phasenplots nicht überwerten. Überlege dir das im
Zeitbereich (Sprungantwort), das ist anschaulicher und meist auch
wichtiger.
Gerade bei Spannungsregler (LDO), hast du ja noch das Problem, dass die
Stabilität ganz entscheidend von der Last abhängt...
So eine PNP Ausgangstufe ist ja ein Verstärker mit dem Lastwiderstand im
Kollektor. Die Verstärkung ist also direkt proportional zur Last.
Udo K. schrieb:> Also sieht du die Phasenreserve am Open-Loop Plot vom Opamp bei 20 dB,> wenn deine Schaltung 20 dB Verstärkung hat...> Wichtig ist da immer der Punkt wo die Schleifenverstärkung 1 (0 dB) ist.
Alles klar, das habe ich verstanden: log(A0)-log(1/beta)=log(beta * A0)
> Ich würde die Phasenplots nicht überwerten.
Warum? Wenn ich nach diesem Thema suche kommen immer zwei Punkte:
Sprungantwort und Verstärkungs-/Phasen-Reserve.
Simulant schrieb:>> Ich würde die Phasenplots nicht überwerten.> Warum? Wenn ich nach diesem Thema suche kommen immer zwei Punkte:> Sprungantwort und Verstärkungs-/Phasen-Reserve.
- Die Spice Modelle sind im Zeitbereich meist besser, die Phasenplots
sind schon in den Datenblättern nicht richtig, bzw. stark von der Last
und der Impedanz des Generators abhängig.
- Die AC Analyse linearisiert die Schaltung im Arbeitspunkt. Das geht
bei einem einfachen Leistungsverstärker schon schief, wenn der Ruhestrom
nahe 0 ist. Oder wenn der Arbeitspunkt nahe der Versorgung ist, weil da
die Kollektor-Basis Kapazität deutlich höher ist...
- Meist interessiert das Zeitverhalten mehr als das Frequenzverhalten.
- Im Zeitverhalten siehst du auch nichtlineare Effekte (Slewrate etwa,
oder irgendwelche Stufen gehen in die Sättigung...)
ina-ac.png
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