Vor- und Nachteile: Unipolare vs. Bipolare Spannungsversorgung bei OpAmps

David schrieb:

mit bipolarer Spannungsversorgung betrieben werden (z. B. +-3.3V und Masse)

Nein. Schon mal einen OPV mit Masseanschluß gesehen?

Nach meinem aktuellen Wissensstand haben beide Varianten die folgenden Vorteile

(schnipp)

Diese Aufzählung ist Kokolores. Entscheidend ist, was gebraucht wird. Mit anderen Worten: in welchem Bereich sich Ein- und Ausgangsspannungen befinden werden. Danach wird dann entschieden, wie der OPV versorgt wird.

H. H. schrieb:

Axel S. schrieb:

Schon mal einen OPV mit Masseanschluß gesehen?

µA702

Der Hinweis ist gut und führt direkt zu:

• https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Spannungsversorgung_und_Stromaufnahme

Zitat Wiki: Frühe Operationsverstärker hatten neben den beiden Betriebsspannungs-Anschlüssen noch einen Masseanschluss (z. B. der K2-W und der µA702). Das ist inzwischen unüblich, denn die Betriebsspannungsanschlüsse können die Funktion des Masseanschlusses mit erfüllen. Zwischen den Betriebsspannungsanschlüssen und der Masse bestehen lediglich Gleichspannungs-Unterschiede, für Wechselspannung sind sie alle gleichwertig. Damit ist es für einen OP gleichgültig, ob die Masse in der Mitte der Betriebsspannung liegt (symmetrische Versorgung), ob sie mit einem Betriebsspannungsanschluss zusammenfällt (meist dem negativen; single-supply), oder ob sie auf einem anderen Gleichspannungspotential liegt. Die Angabe ±15 V ist deshalb gleichwertig mit der Angabe +30 V.

"Viele OPV und Masse" passt wohl eher nicht, nur das Urgestein aller OPV:-)

Interessant ist doch eigentlich nur, wozu man die Masse wirklich braucht. Eine virtuell erzeugte Masse ist natürlich nicht so schön belastbar, wie eine Kupferschiene. Bei TI gibt es viel zu lesen zu OPVs.

David schrieb:

Gibt es da überhaupt noch irgendeinen Grund eine symmetrische Spannungsversorgung zu verwenden?

Wenn ein OP Spannungen bis zu einem Rail (meist GND oder Vcc) kann, dann reicht das für die meisten Anwendungen. Spgs-Verstärker im GND-Shunt? Dann ist Vcc-Rail egal. Strommessung highside? Dann ist GND-Rail egal. Man nimmt den passenden Typen und gut ist.

Rail-To-Rail war lange deutlich aufwändiger, ist aber einfacher als 2 Hilfsspannungen zu zimmern.

2. Beispiel: Heutzutage sind viele Geräte batteriebetrieben. Gibt es da überhaupt noch irgendeinen Grund eine symmetrische Spannungsversorgung zu verwenden?

Sicher gibt es das. Aber die Entscheidungsfindung ist anders.

Moderne OPs haben ueblichereweise im Datenblatt immer 5.5V als absolutes Maximum. Die sind also gedacht in Systemen verwendet zu werden die mit 3.3V laufen. Und sie sind fast immer R2R. Einfach weil man ja auch noch etwas Arbeitsbereich hat. Wenn man dann mit leichten Unzulaenglichkeiten an den Rails leben kann dann war es das. Braucht man nur ein besonders gutes GND stellt man noch ein negatives Rail bereit. Das muss aber nur -0.5V oder -1V sein. Die koennen dann aber einfach erzeugt sein. Es gibt ja ueblicherweise nur noch wenige OPVs bevor es in einen ADC geht.

Aber natuerlich gibt es fuer alles immer begruendete Ausnahmen! ICh hab auch schonmal einen OP mit -3V und +27V versorgt. .-)

Vanye

Bruno V. schrieb:

Rail-To-Rail war lange deutlich aufwändiger, ist aber einfacher als 2 Hilfsspannungen zu zimmern.

Echtes Rail-to-Rail gibt es kaum. Sobald nennenswerter Strom am Ausgang fließt, entsteht eine Differenzspannung, weil der OP den Ausgang nicht mehr richtig auf das Sollpotential ziehen kann, egal wie hoch seine Leerlaufverstärkung ist. Rail-to-Rail kommt lediglich dicht ran.

David schrieb:

Gibt es noch weitere Vor- und Nachteile beider Varianten? Gibt es handfeste Regeln, wann man als Elektronikentwickler eine bipolare und wann man eine unipolare Spannungsversorgung wählen sollte?

Man nimmt eine billigere unipolare Versorgung, solange nicht eine teurere bipolare Versorgung "unbedingt nötig" oder aus irgendwelchen Gründen "sowieso vorhanden" ist. Ich habe seit gut 20 Jahren keine negative Spannung nur wegen ein paar OP eingesetzt. Denn meist kommt nach dem OP ein ADC, der irgendwelche Offsets leicht auskalibrieren und herausrechnen kann.

Viel öfter als am begrenzten Ausgangsspannungsbereich scheitern übrigens die meisten an einem beschränkten Eingangsspannungsbereich...

Hi,

Lu schrieb:

Interessant ist doch eigentlich nur, wozu man die Masse wirklich braucht. Eine virtuell erzeugte Masse ist natürlich nicht so schön belastbar, wie eine Kupferschiene. Bei TI gibt es viel zu lesen zu OPVs.

Danke für die PDF, die hätte ich eigentlich auch selbst finden können.

Axel S. schrieb:

Nein. Schon mal einen OPV mit Masseanschluß gesehen?

Da habe ich mich sprachlich nicht präzise ausgedrückt. Ich meinte damit, dass bei der bipolaren Spannungsversorgung zusätzlich zu Masse noch zwei weitere Potentiale vorhanden sind.

Lothar M. schrieb:

Man nimmt eine billigere unipolare Versorgung, solange nicht eine teurere bipolare Versorgung "unbedingt nötig" oder aus irgendwelchen Gründen "sowieso vorhanden" ist. Ich habe seit gut 20 Jahren keine negative Spannung nur wegen ein paar OP eingesetzt. Denn meist kommt nach dem OP ein ADC, der irgendwelche Offsets leicht auskalibrieren und herausrechnen kann.

Viel öfter als am begrenzten Ausgangsspannungsbereich scheitern übrigens die meisten an einem beschränkten Eingangsspannungsbereich...

Die Antwort war sehr hilfreich, danke!

Ich würde meine Erkenntnisse mal folgendermaßen zusammenfassen: Wenn man eine OpAmp-Schaltung entwerfen möchte, und man sich zwischen einer unipolaren und einer bipolaren Spannungsversorgung entscheiden muss, dann sollte man sich die folgenden Fragen stellen:

1. In welchem Bereich befindet sich das zu verstärkende Eingangssignal? Wenn das Eingangssignal z. B. sowieso nur positive Werte annehmen kann, wie z. B. bei einem Transimpedanzverstärker für eine Photodiode, dann braucht man so oder so keine bipolare Spannungsversorgung.
2. In welchem Bereich muss die Ausgangsspannung liegen? Bei einem DAC direkt hinter dem OpaAmp ist wohl in vielen Fällen ein Bereich Masse bis 5V ausreichend.
3. Habe ich noch andere Schaltungsteile, die eine bipolare Spannungsversorgung brauchen, oder würde nur die OpAmp-Schaltung die bipolare Spannungsversorgung benötigen?