Spice Simulation LM741 vs UA741

#7804615
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Moin,

ich habe jetzt einige Stunden an einer sehr einfachen Schaltungssimulation verbracht, da diese unerwartete Ergebnisse lieferte. Ergebnisse, die mit der realen Schaltung wohl auch nicht übereinstimmen. (Ich habe das Original nicht, aber man findet dazu doch einige Informationen im Netz.) Der Beitrag hier ist eher zur Dokumentation gedacht, möglicherweise interessant für andere.

Konkret geht es um den Tremolo/Chorus Oszillator im Solina String Ensemble. Hier der Spice Code:

1
* Power supply
2
V15p V15p 0 DC  15V
3
V15n V15n 0 DC -15V
4

5
* Tremolo oscillator
6

7
C100 0 U98_n 68n
8
* 2.2Meg + 1Meg Trimpot tuned to equal amplitudes of U88_o and U78_o
9
R101 U98_n Z 3.0Meg
10
R97  U98_p Z 56k
11
R99  0 U98_p 15k
12

13
XU98 U98_p U98_n V15p V15n Z UA741

Simuliert man das Ganze mit dem LM741 Modell von National Semi, dann bekommt man ein Frequenz von ~13 Hz. Simuliert man es mit dem Modell vom UA741 bekommt man eine Frequenz von ~6Hz. (Letzteres ist wohl die Erwartungshaltung vom realen Gerät).

(Ich habe jetzt irgendwie ein Dejavu, als ob ich das schon mal festgestellt hatte und irgendwo schrieb. Egal, finde ich nicht mehr) Im LM741 Modell fallen mir zwei 250k Widerstände in Reihe zwischen dem invertierten und nicht-invertierten Eingang auf. Ich denke diese sind die Ursache für den Unterschied in der Simulation. Weis nicht warum die da drinnen sind, der Eingangswiderstand des LM741 ist lt. Datenblatt mindestens 2MOhm, der Input Bias Strom bei 25°C 80nA. Möglicherweise ist das Modell für den gesamten Temperaturbereich von -55 bis +125°C ausgelegt. Achja, beide Modelle kommen von der TI Webseite...

Jedenfalls scheint es für das Verhalten bei Zimmertemperatur hier nicht wirklich zu taugen. Für mich sind allerdings MOhm an den Eingängen von einem 741 auch eher ein sehr mutiges Design.

Andreas

Angehängte Dateien:
#7804629
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Andreas M. schrieb:

Simuliert man das Ganze mit dem LM741 Modell von National Semi, dann bekommt man ein Frequenz von ~13 Hz. Simuliert man es mit dem Modell vom UA741 bekommt man eine Frequenz von ~6Hz.

Ja, so wird das in echt auch sein, unterschiedliche Chips unterschiedlicher Hersteller (oder sogar desselben) erheben in schlechten Schaltungen unterschiedliche Ergebnisse.

#7804656
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Da es um das Schaltverhalten der OP`s geht, vermute ich mal, dass der Grund für die Unterschiede evtl. in der unterschiedlichen Modellierung der Slew-Rate liegt. Das Großsignalverhalten (Sättigungs- und Speicher-Effekte) ist zu meist kritischer in der Modellierung als das Kleinsignalverhalten bei Linear-Verstärkern.

#7804702
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Lutz V. schrieb:

Da es um das Schaltverhalten der OP`s geht, vermute ich mal, dass der Grund für die Unterschiede evtl. in der unterschiedlichen Modellierung der Slew-Rate liegt.

Bei 6Hz bzw. 13Hz? Da hat doch selbst die geringste bekannte Slew-Rate keinen Einfluß. Das sieht man auch an den Ausgangssignalen.

Aber man sieht auch, daß trotz gleicher Dreiecksamplitude der Zeitverlauf ein ganz anderer ist. Die eine Kurve ist schön dreieckig, die andere läuft schon bald gegen einen Endwert. Da ist also eine ganz andere ohmsche Last an der zeitbestimmenden Kapazität.

#7804742
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Arno R. schrieb:

Lutz V. schrieb:

Da es um das Schaltverhalten der OP`s geht, vermute ich mal, dass der Grund für die Unterschiede evtl. in der unterschiedlichen Modellierung der Slew-Rate liegt.

Bei 6Hz bzw. 13Hz? Da hat doch selbst die geringste bekannte Slew-Rate keinen Einfluß. Das sieht man auch an den Ausgangssignalen.

Au weia .....da hab ich doch glatt milli-sec (stat sec) auf der Zeitachse gelesen. Fragt nicht, warum....

#7804756
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H. H. schrieb:

Schon die Eingangsstufe ist Müll:

R1 1 3 250K R2 3 2 250K

H. H. schrieb:

Ist auch gar nicht so einfach. Aber offensichtlichen Murks kann man schon erkennen.

Ja das war ja letztlich auch meine Vermutung. Ich hatte den Fehler die ganzen Zeit in meiner Schaltungsbeschreibung gesucht. Auf die Idee, dass ein offiziell von TI ausgeliefertes SPICE Modell fehlerhaft sein könnte bin ich erstmal nicht gekommen.

Gast #7804766
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Viele LTSpice Modelle sind leider Murks. Wenn es Probleme gibt, teste ich als erstes andere Opamp Modelle. Die neueren TI Modelle konvergieren etwa extrem schlecht. Oder das TI TL072 Modell hat einen falschen Common Mode Eingangsbereich. Die neueren Modelle sind lieblos zusammengeklopft, von Leuten ohne viel Hintergrundwissen. Die Transistormodelle sind noch aus dem letzten Jahrtausend, und haben kein Sättigungsverhalten, Temperaturverhalten oder Rauschen modelliert. Selbst die Stromverstärkung passt oft nicht für die aktuellen Varianten. Ich verwende fast immer die Modelle, die von Linear stammen, und suche mir einen Opamp aus, der ungefähr von der Bandbreite und den Biasströmen hinkommt. Stabilitätsuntersuchungen sind immer wieder frustrierend, da muss man oft die Option reltol=100u setzen und die Schaltung mit Strompulsen quälen. Mehr als eine grobe Abschätzung, ob die Schaltung im Prinzip funktioniert ist nur mit viel Aufwand möglich. Oft ist es befriedigender und schneller einen Prototyp der Schaltung zusammenzulöten.

#7804906
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Für mich ist es nicht überraschend, das etwa die Modelle von TI nicht ohne Probleme bei LTSpice passen.Ist auch ein Konkurrent zu LTSpice, mit eigener Software Namens Tina.Sicher, manche Teile sind auch schon älter ( LM741 ca 40 Jahre ! ) und viele Daten nach heutigen Maßstäben halt nicht in den Rechenmodellen vorhanden. Neue Bauteile soll man dann halt nur bei einem Hersteller kaufen, und nicht durch Konkurrenzprodukte einfach austauschen können.

Gast #7804914
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Bernhard schrieb:

H. H. schrieb:

Der ist schon etwas älter, Bj 1968!

... und entwickelt besonders von Dave Fullagar bei Fairchild als µA741.

Im Fairchild-Datenbuch von 1970 ist bereits das gleiche Schaltbild angegeben, das auch NSC für den LM741 angibt und das Dieter P. oben gezeigt hat.

NS war offizielle Second Source.

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