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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP was ist Rail to Rail


Autor: savo (Gast)
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Hallo zusammen

ich sehe öffters Rail to Rail oder kein Rail to Rail Angaben bei Ops. 
Leider fand ich bis jetzt keine Erklärung für diese Angaben. Währe sehr 
froh wenn dies jemand kurz Erklären könnte.

Danke und Gruss

savo

: Verschoben durch Moderator
Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Rail to rail ist eine Eigenschaft des OPs, welche besagt, dass dessen 
Ausgangsspannung bis fast an die Versorgungsspannung heran reicht.

Autor: savo (Gast)
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Danke für die schnelle und klare Antwort

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Ergänzung: Rail-to-Rail kann sich auf die Eingangsspannung beziehen. das 
heisst, dass dann die Eingangsspannung bis an die versorgungsspannung 
reichen darf. Dementsprechend wird dann von "rail-to-rail in" oder 
"Rail-to-Rail out" gesprochen. Die Meisten würd ich sagen beherrschen 
beides.

Gerhard

Autor: rene (Gast)
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Dem ist nicht so, und das hat seinen guten Grund. Die Eigenschaften 
RR-in, RR-out & RR-IO kommen nicht ohne Preis. Andere Werte, wie 
Eingangsstrom, Offsetspannung und dergleichen sind meist schlechter, da 
ein RR-in zwei parallele Eingangsstufen hat, von welcher jede an eine 
Rail hinkommen kann. Daher ist ein OP mit RR-irgendwas teurer als ein 
sonst gleichwertiger OP.

rene

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hallo Rene

evtl hast du mich missverstanden. Das "Die Meisten würd ich sagen 
beherrschen beides." bezieht sich nicht auf "alle" OP-AMP's, sondern auf 
solche, die die Eigenschaft "Rail-to-Rail" besitzen. Ansonsten stimme 
ich dir zu.

Gerhard

Autor: rene (Gast)
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Gerhard,
es ist moeglich, dass mein Eindruck etwas einseitig ist, ich kenne nicht 
alle Typen von allen Herstellern, habe meine Vorzugstypen. So scheint es 
mir,
es gibt wesentlich mehr RR-out als RR-IO OPs. Zum einen ist der Markt 
bestimmend. RR-out wird noch schnell mal gebraucht, wenn man nur 5V hat 
moechte man auch diesen Hub haben. RR-in ist viel seltener. Meist muss 
man nur auf die negative Speisung hinunter messen koennen, nicht aber an 
die positive Speisung hin. Dies, sobald eine Verstaerkung groesser Eins 
benoetigt wird. Die RR-IO typen sind meist in nur-5V Systemen 
anzutreffen, praktisch nie in +-15V Systemen. Da eine Emitterfolger 
Endstufe nicht RR-out ist, sondern meist je 2V weniger, sind die 
Hochstrom- und die schnellen Endstufen nicht RR-out.

rene

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hallo rene

jo, könnte sein, dass du recht hast. Ich arbeite fast nur mit OP-AMPs 
von national. Da kann man aber auf der internetseite nicht nach OP's mit 
Rail-to-Rail-Out sortieren, sondern nur nach Rail-to-Rail-In. Und diese 
haben alle auch Rail-to-Tail-Out. Auf der Seite von Linear siehts dann 
da anders aus. Da sind die Rail-to-Rail out in der Mehrheit gegenüber 
Rail-to-rail in. Aber auch bei Linear gilt, wer Rail-to-rail-in hat, hat 
auch rail-to-rail-out.

Gerhard

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Zu beachten ist noch, daß es Rail-to-Rail mit bzw. ohne Phasenumkehr 
gibt, wenn die Eingänge außerhalb VCC oder GND sind !

Die mit Phasenumkehr kippen dann um, d.h. + und -Eingang vertauschen 
sich mit fatalen Folgen:

Aus der Gegenkopplung wird ne Mitkopplung und der Verstärker bleibt an 
VCC oder GND kleben !

Die ohne Phasenumkehr begrenzen nur, z.B. wenn eine Regelung 
überschwingt und die Regelung kann wieder in den linearen Bereich 
einregeln. Mit Phasenumkehr regelt sie dann aber genau in die falsche 
Richtung.

Z.B. der MC33202 ist ein guter Rail-to-Rail ohne Phasenumkehr.


Peter

Autor: Martin (Gast)
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@Dannegger

Woran erkennt man das mit der Phasenumkehr am Datenblatt?
Mit ist diesbezüglich noch nichts aufgefallen.
Meistens werden nur die Maximalwerte angegeben. Was beim Überschreiten
die Spezifikationen geschieht, wird nicht erklärt.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Martin wrote:

> Woran erkennt man das mit der Phasenumkehr am Datenblatt?
> Mit ist diesbezüglich noch nichts aufgefallen.
> Meistens werden nur die Maximalwerte angegeben. Was beim Überschreiten
> die Spezifikationen geschieht, wird nicht erklärt.

Dat is ne jute Frage.

Ich hab leider die Erfahrung machen müssen:

Hat ein OPV diese schlechte Eigenschaft, wird es einfach verschwiegen.

Hat er sie nicht, dann wird es als Vorteil unter den Eigenschaften 
aufgeführt.

"No Phase Reversal on the Output for Over-driven Input Signals"


D.h. ich hatte mal den obigen Typ ersetzt, weil er lange Lieferzeiten 
hatte (während der Bleifreiumstellung) und danach mußten alle Boards 
wieder umgelötet werden, weil der Ersatzmist umkippte, ohne daß im 
Datenblatt davor gewarnt wurde.

Insbesondere bei Regelkreisen ist das tödlich, da die ja beim 
Einschalten oder plötzlichen Änderungen kurzzeitig übersteuert sind.


Peter

Autor: Can (Gast)
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hallo,

ich würde gerne wissen ob diese aussage richtig oder falsch ist:

Ein OPV mit Rail-to-Rail-Eingang ist ein OPV, dessen Eingänge den Wert 
der versogungsspannung (V+ oder V-) annehmen dürfen.

danke
Can

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Martin schrieb:
> @Dannegger
>
> Woran erkennt man das mit der Phasenumkehr am Datenblatt?

Ganz einfach: Wenn im Datenblatt nicht drinsteht:
"ohne Phasenumkehr" kann man damit rechnen, das sie
zu Phasenumkehr neigen. :-)

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Ein OPV mit Rail-to-Rail-Eingang ist ein OPV, dessen Eingänge den Wert
der versogungsspannung (V+ oder V-) annehmen dürfen.

Ja so ist es.

Bei manchen darf die Eingangsspannung sogar noch 100mV unter V- und 
100mV über V+ gehen.

Autor: Volker SK (vloki)
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Das "dürfen" die Eingänge doch bei fast allen OPs.
Die Frage ist nur was dann dabei heraus kommt ...

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Volker SchK schrieb:


> Das "dürfen" die Eingänge doch bei fast allen OPs.
> Die Frage ist nur was dann dabei heraus kommt ...

> Helmut
> Bei manchen darf die Eingangsspannung sogar noch 100mV unter V-
> und 100mV über V+ gehen.

Hier ist das mit einer Spezifikation der Offsetspannung abgedeckt.
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1677fa.pdf

: Bearbeitet durch User
Autor: Volker SK (vloki)
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Trotzdem kann man nicht alle OPs die für die Eingänge in den "Absolute 
Maximum Ratings" den vollen Versorgungsspannungsbereich angegeben haben, 
als "Rail-to-Rail Input" klassifizieren.

Deshalb würde ich die obige Aussage als falsch ansehen.

Autor: Christian L. (cyan)
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Can schrieb:
> hallo,
>
> ich würde gerne wissen ob diese aussage richtig oder falsch ist:

Und dafür muss man einen uralten Thread ausgraben?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> hallo,
> ich würde gerne wissen ob diese aussage richtig oder falsch ist:
> Ein OPV mit Rail-to-Rail-Eingang ist ein OPV, dessen Eingänge
> den Wert der versogungsspannung (V+ oder V-) annehmen dürfen.
> danke
> Can

Ja diese Aussgae ist richtig.


Ich nehmen an, daß das ein "multiple choice"-Test war. Da gibt es nur ja 
und nein.

Autor: vloki (Gast)
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Ja stimmt, ich habe es wohl falschrum gelesen ;-)

Can schrieb im Beitrag #4148225 nicht:
Ein OPV, dessen Eingänge den Wert der versogungsspannung (V+ oder V-) 
annehmen dürfen (ist) Ein OPV mit Rail-to-Rail-Eingang (ist)

Autor: Henrik Haftmann (Gast)
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Nützlich zu wissen ist, dass Rail-to-Rail fast immer an reduzierte 
Betriebsspannungsbereiche des OPV geknüpft sind; die meisten so 
umworbenen OPVs laufen nur mit max. 5 V (nicht ±5 V). Für höhere 
Spannungen muss man schon etwas suchen.

Im Prinzip ist Rail-to-Rail eine Aussage wie "Persil wäscht jetzt noch 
weißer". Marktschreierisch und ungenau. Nahezu-Rail-to-Rail-Ausgänge gab 
es früher schon bei Komparatoren mit Open Collector (LM393, LM339, 
B615). Rail-to-Rail-Out erfordert MOS-Technik.
Rail-to-Rail-In wird ebenfalls typischerweise in MOS gelöst. Das 
bedeutet, dass Rail-to-Rail-In mit schlechterem Offset und Offsetdrift 
einhergeht, wenn nicht andere, teure Maßnahmen (Lasertrimmung, 
Chopperstabilisierung) ergriffen wurden. Das Problem hatten auch die 
BiFET-OPVs der Serie TL080/B080.

Ein Überschwingen um ein paar Millivolt jenseits der Speisespannung 
bringt keinen Rail-to-Rail-In-Typen zur Phasenumkehr; die Frage ist nur, 
wie weit man gehen darf! Nett ist es, wenn wenigstens Schottky-Dioden 
zur Sicherung des zulässigen Eingangsbereichs genügen, dann muss man mit 
300 mV rechnen. Üblicher ist der Schutz durch normale Si-Dioden oder die 
„Nutzung“ der Gateschutz- und parasitären Substratdioden. Wenn OPVs dann 
immer noch nicht umkippen, dann sind sie wirklich robust gebaut. Schade 
dass das keineswegs Standard ist.

Der sicherste Weg, Überschwingen zu vermeiden, ist nicht, diese in die 
Speisespannung zu leiten (über welche Dioden auch immer) sondern diese 
gegen Schaltungsmasse mit Z-Dioden zu verheizen. Das vermeidet das 
unzulässige Aufstocken der Schienenspannung. Danach die Spannung mit 
Widerständen auf ganz sichere Werte herunterteilen. Leider müssen diese 
Spannungsteiler oftmals (paarweise) kalibriert werden.

Richtig ist, man muss Rail-to-Rail-In und Rail-to-Rail-Out 
unterscheiden. Rail-to-Rail-Out ist leichter zu erreichen. Notfalls 
hilft man mit einem Widerstand nach, wenn die eher gewünschte Schiene 
(Plus oder Minus) bekannt ist.

Richtig ist, dass die Datenblattangabe unter "Maximum Ratings" oder 
"Genzwerte" nur die Beschädigung des Schaltkreises vermeidet. Ob der OPV 
dann auch erwartungsgemäß arbeitet ist eine andere Geschichte und steht 
bestenfalls unter "Recommended operating conditions" oder 
"Betriebswerte". Berüchtigt für Phasenumkehr sind TAA761/B761 und 
verwandte Bipolar-OPVs, wenn man sich mit weniger als 0,7 V an die 
Speisespannung heranmacht (egal welche).

Recht beliebt sind auch — ich sag mal — bipolare Rail-OPVs, die 
eingangsseitig an die negative Speisung herandürfen (das schließt auch 
immer ein Überschwingen um ein paar Millivolt mit ein) und am Ausgang 
recht weit herunterkommen. Ich meine LM358. Leider gibt es IMHO keine, 
die dasselbe (nur) bezüglich positive Speisung machen. Wäre nützlich für 
High-Side-Strommessung.

Genau für diesen Sonderfall, High-Side-Strommessung gibt es gesonderte 
Schaltkreise. Leider ist die Auswahlmöglichkeiten für solche für 
negative Spannungen sehr dünn.

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