Addition von Slew Rate mehrerer OPV Stufen

[Lorenz (lorenz_gr)]

Addition von Slew Rate mehrerer OPV Stufen

Guten Tag Forum,
ich habe eine Frage bzgl. der Slew Rate bei einer OPV Signalkette, siehe 
Anhang SCH.PNG. Es handelt sich um eine Testschaltung bestehend aus 
Input Buffer und Verstärkung von -0,27.
Meine Frage betrifft nun das Verhalten der Slew Rate dieser Schaltung. 
Der verwendete OPV ist ein LM358A von ST, siehe 
https://www.st.com/en/amplifiers-and-comparators/lm358a.html#documentation.
In Aufzeichnung Stage1 wird ein Rechteck an den Input Buffer Pin 
(Sig_VOL) angelegt und an Pin1 wird das Signal mit der erwateten Slew 
Rate ausgegeben (lt. Datenblatt typ. 600kV/s, gemessen 722 u. -865,7 
kV/s, siehe Anhang Stage1. Dieser wird nun invertierend mit dem Faktor 
0,27 verstärkt und die resultierende Signal wird an Pin7 gemessen, siehe 
Anhang Stage2. Die sich ergebende Slew Rate wird nun mit +237,6 u. 169,7 
kV/s gemessen.

Warum fällt diese so weit ab? Dieser Effekt ist ziemlich unabhängig von 
R301/R303.

F: Sollte die SR der zweiten Stufe nicht gleich jener der ersten Stufe 
sein, da das Signal nun ja schon Bandbreitenbegrenzt ist und die zweite 
Stufe sollte schnell genug folgen können?

F: Was ist bei einer Signalkette mehrerer OPV bzgl. der SR weiter zu 
beachten, wird eine Signal immer weiter verzerrt?

Danke für Hinweise bzw. eine Diskussion
Lorenz

[Hippelhaxe (hippelhaxe)]

Lorenz schrieb:

> F: Sollte die SR der zweiten Stufe nicht gleich jener
> der ersten Stufe sein,

Nein. Wieso sollte?

Die erste Stufe sieht ein Rechtecksignal, die zweite ein
Trapez.


> da das Signal nun ja schon Bandbreitenbegrenzt ist und
> die zweite Stufe sollte schnell genug folgen können?

Tu sie doch auch.

Wenn man ein Trapezsignal mit 600V/ms auf ein Drittel
verkleinert, dann bleiben halt 200V/ms übrig...


> F: Was ist bei einer Signalkette mehrerer OPV bzgl.
> der SR weiter zu beachten, wird eine Signal immer
> weiter verzerrt?

Keine Stufe sollte in die Nähe der Slew-Rate kommen.

Da man in der Regel nicht aktiv dämpft (wiewohl das nicht
verboten ist), ist die letzte Stufe am kritischsten.

HTH

[Lorenz (lorenz_gr)]

Hippelhaxe schrieb:

>> da das Signal nun ja schon Bandbreitenbegrenzt ist und
>> die zweite Stufe sollte schnell genug folgen können?
>
> Tu sie doch auch.
>
> Wenn man ein Trapezsignal mit 600V/ms auf ein Drittel
> verkleinert, dann bleiben halt 200V/ms übrig...
>
>

Danke, das wollte ich wissen, aber warum sinkt die SR genau auf ein 
Drittel? Wo kann ich das herleiten/herauslesen?

lorenz

[Hippelhaxe (hippelhaxe)]

Lorenz schrieb:

> Hippelhaxe schrieb:
>
>> Wenn man ein Trapezsignal mit 600V/ms auf ein Drittel
>> verkleinert, dann bleiben halt 200V/ms übrig...
>>
>>
>
> Danke, das wollte ich wissen, aber warum sinkt die SR
> genau auf ein Drittel? Wo kann ich das herleiten/herauslesen?

Brett vor dem Kopf :o)
(Nicht böse gemeint...)


Elementargeometrie.

Wenn Du das Trapez in Amplitudenrichtung auf 1/3 stauchst
und in Zeitrichtung alles gleichbleibt, muss sich natürlich
die Form des Trapezes ändern...

[Michael B. (laberkopp)]

Lorenz schrieb:
> Warum fällt diese so weit ab?

Der zweite OpAmp bekommt keine Rechteckspannung mehr, also plötzliche 
volle Eingangsspannungsdifferenz der er dann mit maximaler 
Geschwindigkeit (slew rate) folgen muss, sondern eine langsamere 
Änderung der Differenzspannung und bei weniger Differenz der Eingänge + 
und - ist auch seine slew rate geringer (damit er nicht überschwingt und 
gain 1 stabil ist).

[Lorenz (lorenz_gr)]

Hippelhaxe schrieb:
> Brett vor dem Kopf :o)
> (Nicht böse gemeint...)

Ja, manchmal ist auch bei mir der Kopf verbraucht :-)

Danke an Michael u. Hippelhaxe,
ja klar jede Stufe hat die gleichen brandbreitenbegrenzenden 
Eigenschaften, ergo die langsamere an Stufe 2. und den nachfolgenden.

lg
Lorenz

[Uwe S. (bullshit-bingo)]

Lorenz schrieb:
> ja klar jede Stufe hat die gleichen brandbreitenbegrenzenden
> Eigenschaften, ergo die langsamere an Stufe 2. und den nachfolgenden.

Nein, jeder der OPs könnte dieselbe slewrate. Beim ersten OP siehst du 
am Ausgang auch tatsächlich dessen bauteiltypische slewrate. Beim 
zweiten hingegen nicht, der könnte schneller, aber will ja gar nicht, da 
er nur seinem Eingang folgen muss, aber nur 1/3 dieses Hubs am Ausgang 
schaffen muss. Es ist also lediglich ein um den Verstärkungsfaktor 
verringertes Abbild des Ausgangs der ersten Stufe, hat gar nichts mit 
der slewrate des zweiten OPs, oder gar addierten slewrates zu tun.

[Axel R. (axlr)]

Dann besser doch moderate Verstärkung und anschliesend mit 
(niederohmigen) Widerständen runterteilen? Ziel soll doch sicher ein 
Abbild der Eingangsspannung sein, bei geringer Belastung der Quelle.

[Lorenz (lorenz_gr)]

Uwe S. schrieb:
> er könnte schneller, aber will ja gar nicht, da
> er nur seinem Eingang folgen muss

Uwe S. schrieb:
> Beim
> zweiten hingegen nicht, der könnte schneller, aber will ja gar nicht, da
> er nur seinem Eingang folgen muss, aber nur 1/3 dieses Hubs am Ausgang
> schaffen muss.

Ja jetzt ist es logisch, die Datenblatt-SR gilt somit nur bei 
Signalflanken mit unendlicher Steigung wenn ich das richtig sehe, bei 
langsameren Signaländerungen entsprechend langsamer.
lorenz

[Lorenz (lorenz_gr)]

Axel R. schrieb:
> Dann besser doch moderate Verstärkung und anschliesend mit
> (niederohmigen) Widerständen runterteilen?

Wäre in manchen Fällen sicher sinnvoller, bzw auch im konkreten 
Beispiel.
Bei diesem Schaltungsteil addiere noch +1.65V und filtere am Schluss mit 
500 Hz TP, da die Frequenz von Interesse bei 50 Hz liegt, deshalb ist 
die SR aktuell ohne großen Einfluss. Ich war bei der Inbetriebnahme 
etwas verwundert deshalb meine Nachfrage.
lorenz

[Uwe S. (bullshit-bingo)]

Lorenz schrieb:
> Ja jetzt ist es logisch, die Datenblatt-SR gilt somit nur bei
> Signalflanken mit unendlicher Steigung wenn ich das richtig sehe, bei
> langsameren Signaländerungen entsprechend langsamer.

Nein, du hast es leider noch nicht...
Der zweite Ausgang hat rein gar nichts mit der möglichen slewrate dieses 
OPs zu tun. Seine slewrate ist 3x höher. Es ist allein ein Abbild der 
Schaltzeiten des ersten Ausgangs, nur eben wie gewünscht kleiner, was 
natürlich auch 1/3 DeltaV/DeltaT für diesen niedrigeren Pegel bedeuten 
muss.
Du könntest als zweiten OP auch einen mit 3x langsamerer slewrate 
nehmen, dann könnte der das Signal im Bild gerade eben noch genau so 
darstellen.
Die Datenblatt-slewrate wird bei jedem OP bereits erreicht, wenn sein 
Eingang nur minimal schneller ist.

[Lorenz (lorenz_gr)]

Uwe S. schrieb:
> Seine slewrate ist 3x höher.

Hallo Uwe, meinst du 3x kleiner? (SR der zweiten Stufe)

>Du könntest als zweiten OP auch einen mit 3x langsamerer slewrate
>nehmen, dann könnte der das Signal im Bild gerade eben noch genau so
>darstellen.
Das ist mir jetzt klar.

>Es ist allein ein Abbild der
>Schaltzeiten des ersten Ausgangs, nur eben wie gewünscht kleiner, was
>natürlich auch 3x DeltaV/DeltaT für diesen niedrigeren Pegel bedeuten
>muss.

Denke das habe ich jetzt auch verstanden. Ich habe die Schaltung 
umgebaut auf Verstärkung 1,5 (15k Feedbackwiderstand); nun Habe ich 
wieder wie erwartet die maximal mögliche SR, da der Pegel nun höher ist 
(siehe Stage2_2), d.h. verantworlich für niedrigere SR war ja die 
eingangs erwähnte Signaldämpfung v ~0,3

[Michael B. (laberkopp)]

Axel R. schrieb:
> Ziel soll doch sicher ein Abbild der Eingangsspannung sein, bei geringer
> Belastung der Quelle.

Wer den LM358 als OpAmp wählt, will nur eines: es muss Scheisse billig 
sein, alles andere ist ihm egal.

Für alle anderen Leute gibt es tausende anderer OpAmp, für die deren 
Kunden tatsächlich aus gutem Grund mehr bezahlen.

[Uwe S. (bullshit-bingo)]

Lorenz schrieb:
>> Seine slewrate ist 3x höher.
>
> Hallo Uwe, meinst du 3x kleiner? (SR der zweiten Stufe)

Ich meinte, daß die bauteilbedingte, maximale slewrate 3x höher sein 
könnte.

Lorenz schrieb:
> verantworlich für niedrigere SR war ja die
> eingangs erwähnte Signaldämpfung v ~0,3

Genau. Ist in der Tat ziemlich verwirrend, das mit den zwei 
Trapezspannungen. Die Flanken des ersten OPs werden tatsächlich durch 
das Bauteil fabriziert, der zweite OP sieht genau so am eigenen Limit 
aus, aber der folgt doch nur ganz gelassen dem Eingang, weil er in 
derselben Zeit nicht so weit aussteuern braucht.

Michael B. schrieb:
> Wer den LM358 als OpAmp wählt, will nur eines: es muss Scheisse billig
> sein, alles andere ist ihm egal.

Der TO gelobt Besserung, wird zukünftig dort teure OPs verwenden, wo es 
günstige getan hätten...

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> Wer den LM358 als OpAmp wählt, will nur eines: es muss Scheisse billig
> sein, alles andere ist ihm egal.

Hey, du hast immerhin kein Problem mit second source! :-D

Vanye

[Rainer W. (rawi)]

Lorenz schrieb:
> gemessen 722 u. -865,7 kV/s
> ...
> Die sich ergebende Slew Rate wird nun mit +237,6 u. 169,7 kV/s gemessen.

Wieso ist die Angabe zur ersten Messung um einen Faktor 10(!) ungenauer 
als die der zweiten?
Du glaubst diesen jeweils vier Ziffern? Wie groß ist dein jeweiliger 
Messfehler?

[Lorenz (lorenz_gr)]

Uwe S. schrieb:
> Ich meinte, daß die bauteilbedingte, maximale slewrate 3x höher sein
> könnte.

Ja, klar, nur andersrum beschrieben


>Wer den LM358 als OpAmp wählt, will nur eines: es muss Scheisse billig
>sein, alles andere ist ihm egal.
Naja, war für den Aufbau vorhanden und die Parameter sind ausreichend, 
aber ja, dieser ist kein high-End Bauteil mehr.

>Hey, du hast immerhin kein Problem mit second source! :-D
Ich denke das ist öfters auch ein Grund für den Einsatz

Danke für Eure Antworten

lorenz

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Michael B. schrieb:
> Wer den LM358 als OpAmp wählt, will nur eines: es muss Scheisse billig
> sein, alles andere ist ihm egal.

Es vermutlich dieselben Leute, die einen Fiat einem Bugatti vorziehen.
Kaum zu glauben, dass jemand so strohdumm sein kann ;-)

> Für alle anderen Leute gibt es tausende anderer OpAmp, für die deren
> Kunden tatsächlich aus gutem Grund mehr bezahlen.

Ein Profi wählt von allen Opamps, die für eine gegebene Anwendung die
elektrischen Anforderungen erfüllen, den kostengünstigsten aus. Sind die
elektrischen Anforderungen gering (was für einen nicht unerheblichen
Anteil aller Anwendungen der Fall ist), wird seine Wahl unweigerlich auf
den LM358 fallen.

Ja, der LM358 hat keine überragende Slewrate, was dem TE aber bewusst
ist und von ihm akzeptiert wird. Seine Verwirrung (die ja mittlerweile
beseitigt ist) entstand, weil das Ausgangssignal des zweiten Opamp eine
niedrigere Anstiegsgeschwindigkeit als dessen Eingangssignal hat. Das
dies ganz normal ist (sogar so sein muss) und überhaupt nichts mit der
Slewrate-Begrenzung des Opamp zu tun hat, wurde mehrfach erklärt und
mittlerweile auch vom TE verstanden.

Es ist meist unklug, einen Opamp mit einer unnötig hohen Slewrate (die
üblicherweise mit einer hohen GBW verbunden ist) einzusetzen, da dies
nicht nur die Kosten steigert, sondern die Schaltung auch leichter
instabil werden lässt. Zudem arbeiten schnelle Opamps oft auch weniger
präzise als langsame.

Der LM358 hat natürlich auch ein paar echte Macken, von denen in der
Schaltung des TE aber überhaupt nichts zu spüren ist:

Der linke Opamp tut exakt das, was von ihm erwartet wird, denn sein
Ausgangssignal entspricht exakt dem slewrate-begrenzten Eingangssignal.
Die Slewrate ist sogar etwas besser als im Datenblatt spezifiziert.

Der rechte Opamp tut ebenfalls exakt das, was er soll, denn er hält den
Verstärkungsfaktor über das komplette Eingangssignal hinweg –
insbesondere auch während der Rampen – konstant auf dem über R302 und
R304 eingestellten Wert von -0,27.

Es gibt also am Verhalten des LM358 in dieser Schaltung nichts, aber
auch gar nichts zu kritisieren.


@Lorenz:

Du solltest mal deine Tastköpfe abgleichen. Das Rechtecksignal auf Kanal
2 sieht im Original garantiert nicht so aus :)

[Lorenz (lorenz_gr)]

Yalu X. schrieb:
> Es ist meist unklug, einen Opamp mit einer unnötig hohen Slewrate (die
> üblicherweise mit einer hohen GBW verbunden ist) einzusetzen, da dies
> nicht nur die Kosten steigert, sondern die Schaltung auch leichter
> instabil werden lässt. Zudem arbeiten schnelle Opamps oft auch weniger
> präzise als langsame.

Hallo Yalu,
Danke für die Ausführung, ja ich versuche grundsätzlich Komplexität aus 
Systemen rauszunehmen (sowohl HW als auch SW), dies ist manchmal etwas 
aufwendiger und erfodert mehr Gedanken zu Problmen, da kann es schon 
passieren dass ich manchmal auf dem Schlauch stehe :o). Letzendlich 
macht sich diese Vorgehensweise jedoch mit einem System welches 
verständlich,  stabil und auch wartbar ist bezahlt.


> Du solltest mal deine Tastköpfe abgleichen. Das Rechtecksignal auf Kanal
> 2 sieht im Original garantiert nicht so aus :)

Kanal 2 ist direkt der Ausgang des Signalgenerators auf den Eingang des 
Oszilloskop, deshalb die 1:1 Kopplung. Denke das gab es einige 
Reflektionen, wäre wahrscheinlich eine kl. Serienwiderstand oder 
Dämpfungsglied angebracht gewesen.

lg
Lorenz

[Alexander S. (alesi)]

Lorenz schrieb:
>> Du solltest mal deine Tastköpfe abgleichen. Das Rechtecksignal auf Kanal
>> 2 sieht im Original garantiert nicht so aus :)
>
> Kanal 2 ist direkt der Ausgang des Signalgenerators auf den Eingang des
> Oszilloskop, deshalb die 1:1 Kopplung. Denke das gab es einige
> Reflektionen, wäre wahrscheinlich eine kl. Serienwiderstand oder
> Dämpfungsglied angebracht gewesen.

Wann hast Du das letzte Mal die Tastköpfe abgeglichen? Yalu meint das 
hier
https://www.oszilloskope.net/tastkopf-abgleichen/

[Rainer W. (rawi)]

p.s.
Bei dem Tastkopf vom Ch.2 (grün) stimmt die Kompensation nicht.

Lorenz schrieb:
> Stage1.jpg
> Stage2.jpg

Gemessene Slew Rate des Signals in deiner Schalung und Slew Rate des 
OpAmp sind verschiedene Dinge, falls die Flanke des Eingangssignals kein 
sauberer Sprung ist.

[Lorenz (lorenz_gr)]

Alexander S. schrieb:
> Wann hast Du das letzte Mal die Tastköpfe abgeglichen? Yalu meint das
> hier
> https://www.oszilloskope.net/tastkopf-abgleichen/

Hallo Alexander,
danke für den Hinweis, Kanal 1 wurde abgeglichen, Kanal 2 ist direkt via 
BNC Leitung und T-Verbinder an die Signalquelle angeschlossen, dehalb 
konnte ich Kanal 2 nicht abgleichen.
lg
Lorenz