Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV Frequenzverhalten Knick


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von Niklas (niklas-1234)


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Hallo eine Frage zu einer laborvorbereitung für Digitaltechnik in meinem 
Mechatronik Studium,
Wir haben die Frage gestellt bekommen warum bei einer 1Mhz (siehe 
angehängtes Bodediagramm) nochmal ein Knick entsteht. Nach langem suchen 
habe ich keine klare Antwort gefunden, außer, dass durch dei Annäherung 
an die Transitfrequenz die Dämpfung zunimmt. dies ist aber ja auch schon 
vor 1Mhz der Fall.
Nun zu meiner Frage, habt ihr eine detailiertere und vorallem Frequenz 
bezogenere Antwort?

Widerstände:R1=300Ohm
R2=R3=13kOhm
Kondensator: 112nF

Niklas

von ArnoR (Gast)


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Der erste Knick bei etwa 3kHz entsteht durch den Tiefpass R1/C1. Der 
zweite (Doppel-) Knick entsteht durch Interna des OPV. Hier ist es aber 
ein Tiefpass mind. 2. Grades, das sieht man an der Steilheit des 
Frequenzganges und an der Phase (die man nicht richtig ablesen kann).

Was du unbedingt noch lernen musst ist das vernünftige Skalieren von 
Diagrammen und die sinnvolle Wahl der Datenbereiche. Das oben gezeigte 
ist eine Katastrophe. Etliche Frequenzdekaden die überhaupt nichts 
aussagen...

von Nils (Gast)


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Ja, der erste Knick kommt durch den Low-Pass aus R1/C1 zustande. Der 
solle so bei 4.3kHz liegen.

Der zweite Knick findet innerhalb des Operationsverstärkers statt. Wo 
dieser genau liegt, und wie steil der Knick ist, hängt stark von dem 
verwendeten OpAmp ab.

Für so übliche Audio OpAmps, die gerne in alten Lehrbüchern verwendet 
werden, liegt der zweite Knick meist so bei 1Mhz. (passt auch zu Deinem 
Graph).

Um mal zwei Oldies ins Spiel zu bringen: Der µA714 z.B hat seinen 
internen Cut-Off bei 1Mhz spezifiziert. Bei dem TL071 bzw TL074 sieht es 
ähnlich aus.

von Lutz V. (lvw)


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Nils schrieb:
> > Um mal zwei Oldies ins Spiel zu bringen: Der µA714 z.B hat seinen
> internen Cut-Off bei 1Mhz spezifiziert. Bei dem TL071 bzw TL074 sieht es
> ähnlich aus.

Mit "internem cut-off" meinst Du (hoffentlich) die Transitfrequenz, bei 
der die open-loop-Verstärkung 0dB beträgt.
Mit "cut-off" meint man jedoch zumeist die erste Eckfrequenz 
(3dB-Grenze) - und die liegt beim genannten Typ (741) so bei 10-20 Hz 
(Hertz !). Die zweite Eckfrequenz dann jenseits der Transitfrequenz.

Bei nicht voll-kompensierten OP-Verstärkern liegt die zweite Eckfrequenz
aber noch im Verstärkungsbereich (oberhalb von 0 dB) - das ist hier aber
nicht der Fall (liegt ja im negativen dB-Bereich).

Aber auch hier beim gezeigten Beispiel wird die erste Eckfrequenz 
ziemlich weit unten liegen - die kann man wegen der Gegenkopplung aber 
nicht erkennen, denn gerade das ist ja eine Folge der Gegenkopplung: 
Bandbreiten-Vergrößerung auf Kosten der Verstärkung.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7264010 wurde vom Autor gelöscht.
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Lutz V. schrieb:
> Bei nicht voll-kompensierten OP-Verstärkern liegt die zweite
> Eckfrequenz aber noch im Verstärkungsbereich (oberhalb von 0 dB)

Der gebräuchlichere Begriff ist unity gain stable oder deutsch 
"eins-stabil" statt "voll-kompensiert". Nur um das klarzustellen.

: Bearbeitet durch User
von Niklas (niklas-1234)


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Vielen Dank für die Antworten. Hat mir sehr geholfen :)

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Axel S. schrieb:
> Der gebräuchlichere Begriff ist unity gain stable oder deutsch
> "eins-stabil" statt "voll-kompensiert". Nur um das klarzustellen.

Hmm, also "vollkompensiert" und "unity gain stable" sind mir geläufig,
aber "eins-stabil" habe ich noch nie gehört oder gelesen. Im T & S gibt
es noch die Begriffe "universell korrigiert" und "vollkorrigiert", wobei
ich "kompensiert" treffender finde als "korrigiert".

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Niklas schrieb:
> Nun zu meiner Frage, habt ihr eine detailiertere und vorallem Frequenz
> bezogenere Antwort?

Hallo,

ich fand immer die Abhandlungen, die ein gewisser Thomas Schaerer 
verfasst hat, recht interessant und leicht verständlich. Beispielhaft 
dafür dieser Link:

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa1.htm

mfg

von Brüno (dominic_m833)


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Der OPV muss auch noch verstärken. Der zweite Knick kommt dann bei 
Transitfrequenz/Noisegain=GBP/(R2/R3+1).

von Lutz V. (lvw)


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Brüno schrieb:
> Der OPV muss auch noch verstärken. Der zweite Knick kommt dann bei
> Transitfrequenz/Noisegain=GBP/(R2/R3+1).

???
Dann  wäre der zweite "Knick" - also der 2. Pol - ja noch unterhalb des 
GBP (Transitfrequenz). Das ist nun aber offensichtlich nicht der Fall im 
vorliegenden Beispiel.

von Brüno (dominic_m833)


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Lutz V. schrieb:
> offensichtlich nicht der Fall im vorliegenden Beispiel.

Wieso? GBP von ~4MHz und Noise Gain von rund 2 (R2=R3) ergibt ca. 2MHz, 
also zum Beispiel. Wenn das Noise Gain höher ist, braucht es für gleiche 
Bandbreite mehr GBP. Das sind absolute Grundlagen.

von Lutz V. (lvw)


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Brüno schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>> offensichtlich nicht der Fall im vorliegenden Beispiel.
>
> Wieso? GBP von ~4MHz und Noise Gain von rund 2 (R2=R3) ergibt ca. 2MHz,
> also zum Beispiel. Wenn das Noise Gain höher ist, braucht es für gleiche
> Bandbreite mehr GBP. Das sind absolute Grundlagen.

Hab ich die 4MHz irgendwie überlesen? Wo findest Du die?

von Brüno (dominic_m833)


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Lutz V. schrieb:
> Wo findest Du die?

Der Pol sitzt bei schätzungsweise 2MHz, R2 ist gleich R3. Das Noisegain 
ist also 2 und das GBP dementsprechend schätzungsweise 4MHz.

von Brüno (dominic_m833)


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Lutz V. schrieb:
> Bei nicht voll-kompensierten OP-Verstärkern liegt die zweite Eckfrequenz
> aber noch im Verstärkungsbereich (oberhalb von 0 dB) - das ist hier aber
> nicht der Fall (liegt ja im negativen dB-Bereich).

Die zweite Eckfrequenz des Open Loop Gains, die bei nicht 
unitygain-stabilen OPV oberhalb von 0dB liegt, ist übrigens nochmal was 
komplett anderes als das was oben gemessen wurde. Der erste Pol in der 
Messung kommt vom RC-Tiefpass, der zweite vom Gain Bandwidth Product. 
Ohne Tiefpass würde das Gain gerade bis GBP/Noisegain durchlaufen. Der 
OPV ist mit absoluter Sicherheit unitygain-stabil und der zweite Pol der 
Kompensation (sprich der zweite Pol im Open Loop Gain und der dritte Pol 
in der Messung) liegt irgendwo außerhalb der Messung.

: Bearbeitet durch User
von Lutz V. (lvw)


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Brüno schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>> Wo findest Du die?
>
> Der Pol sitzt bei schätzungsweise 2MHz, R2 ist gleich R3. Das Noisegain
> ist also 2 und das GBP dementsprechend schätzungsweise 4MHz.

Ich glaub, da gabs ein Missverständnis.
Du schriebst "..der zweite Knick kommt dann bei...".
Dabei hab ich angenommen, Du würdest den zweiten Pol der offenen 
Verstärkung meinen (ich weiß ja nichts über Deinen OPV-Kenntnisstand).
Dass du den Pol der geschlossenen Verstärkung meinst (den ja jeder im 
Bodediagramm in etwa abschätzen kann), war mir nicht klar.
Jetzt weiß ich, was Du meinst und gebe Dir natürlich recht.
(Gerade auch, was den 2. oder evtl. 3 Pol der offenen Verstärkung 
angeht).
Ohne den Tiefpass sind die 2MHz die "normale" Bandbreite des Verstärkers 
(geschl. Verstärkung von 6 dB) bei der die Schleifenverstärkung 0dB ist.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Lutz V. schrieb:
> Aber auch hier beim gezeigten Beispiel wird die erste Eckfrequenz
> ziemlich weit unten liegen - die kann man wegen der Gegenkopplung aber
> nicht erkennen, denn gerade das ist ja eine Folge der Gegenkopplung:
> Bandbreiten-Vergrößerung auf Kosten der Verstärkung.

Deshalb wird in Datenblättern für OPs das Verstärkungsbandbreitenprodukt 
und nicht irgendeine Eckfrequenz angegeben.

von Lutz V. (lvw)


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Wolfgang schrieb:
> Deshalb wird in Datenblättern für OPs das Verstärkungsbandbreitenprodukt
> und nicht irgendeine Eckfrequenz angegeben.

Na ja - das Bode-Diagramm für die offene Verstärkung ist (wenigstens als 
grobe Hintergrund-Information) schon dargestellt.
Das (konstante) Bandbreiten-Verstärkungsprodukt gilt ja nur im Bereich 
des 20dB-Abfalls und sagt noch nichts aus über "unity-gain-stable" - 
also über die Lage des zweiten Pols.

: Bearbeitet durch User

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