Guten morgen, ich versuche die Open-Loop-Gain des LTC6244HV in LTSpice zu simulieren. Dazu gebe ich eine kleine Testspannung auf den Invertierenden Eingang und setzte den Nichtinbvertierenden Eingang auf Masse. Das ganze erfolgt ohne Gegenkopplung. Wenn ich eine Frequenzanalyse mache, erhalte ich nicht das, wie es im Datenblatt vorgegeben ist. Ich meine zb die Bandbreite von 50MHz ist doch gleich der Frequenz, bei der der Verstärker eine Verstärkung von 1 hat,oder habe ich da was falsch verstanden? Das ist hier nicht der Fall. Oder die Verstärkung beginnt bei -36dB. Woran könnte das liegen? Liegt es vielleicht am enthaltendem Spicemodell, das das nicht so genau ist? Für antworten bin ich sehr dankbar!! Gruß loxagon
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Verschoben durch Moderator
loxagon schrieb: > Dazu gebe ich eine kleine Testspannung auf den Invertierenden Eingang > und setzte den Nichtinbvertierenden Eingang auf Masse. Wichtig ist es, einen sinnvollen Arbeitspunkt festzulegen. Schon die Offsetspannung des Opamps verschiebt üblicherweise bei fehlender Gegenkopplung den Arbeitspunkt am Ausgang so weit, dass der Opamp übersteuert und damit seine AC-Verstärkung stark reduziert wird. Das erste Beispiel im Anhang zeigt eine Simulation mit dem LT1013. Das AC-Signal hat einen Gleichanteil von 5V, um den Arbeitspunkt auf die halbe Versorgungsspannung zu legen, also dorthin, wo der Opamp seine volle Verstärkung haben sollte (in der Nähe der Versorgungsspannungs- grenzen nimmt die Verstärkung — auch beim einem Rail-to-Rail-Typ — ab). Damit die Ausgangsspannung ebenfalls etwas bei 5V liegt, muss am nicht invertierenden Eingang eine Spannung von 5V plus der Offsetspannung des Opamps angelegt werden. Die Offsetspannung (63,5µV) habe ich per Transi- enten-Analyse bestimmt. Wie kritisch dieser Wert ist, erkennt man daran, dass schon eine Abweichung um nur 1µV wegen der hohen Differenzverstär- kung von über 6·10⁶ zu einem deutlich anderen Ergebnis führt. Und warum habe ich die Simulation mit dem LT1013 und nicht gleich mit dem LTC6244HV gemacht? Weil das gleiche Vorgehen bei letzterem gar nicht funktioniert ;-) Und das, obwohl sowohl Verstärkung und Offsetspannung des LTC6244HV niedriger als beim LT1013 sind. Wahrscheinlich spielen irgendwelche Rundungsfehler in der Simulation so ungünstig zusammen, dass man die Offsetspannung über die Transienten-Analyse gar nicht mit der erforder- lichen Genauigkeit bestimmen kann. Deshalb bin ich einen anderen Weg gegangen und habe den Offseteinfluss mit einer Gegenkopplung beseitigt, die aber erst bei sehr niedrigen Frequenzen aktiv wird (Zeitkonstante des RC-Glieds 1 Jahr ;-)). Die DC-Verstärkung der Schaltung ist damit 1, so dass der Offset nicht stört. Im interessierenden Frequenzbereich ab 1Hz wird die Verstärkung durch die Gegenkopplung praktisch nicht beeinflusst. Jetzt erhält man als Ergebnis eine plausible DC-Verstärkung (126dB bzw. 2·10⁶), und auch die GBW liegt mit 13,5MHz zumindest in der Größenord- nung der erwarteten 50MHz. Die Ursache für den Unterschied ist wahr- scheinlich im Modell des LTC6244HV zu suchen, denn für das Universal- Opamp-Modell kommen exakt die erwarteten Ergebnisse heraus. Edit: Die im Datenblatt angegebenen 50MHz sind ja nicht die Bandbreite bei Verstärkung 1, sondern die GBW bei 20kHz und einem Lastwiderstand von 1kΩ. Die Simulation sagt hier 70Mhz, was nicht mehr ganz so weit vom Datenblattwert entfernt ist. Da der Frequenzgang bei 1MHz einen leichten Schlenker nach unten macht, ist ab dieser Frequenz die GBW nicht mehr konstant, so dass die deutlich Abweichung der Bandbreite von den 50MHz bei Verstärkung 1 schon in Ordnung ist. Wenn man das simulierte Diagramm mit dem aus dem Datenblatt vergleicht, ist die Übereinstimmung schon ganz gut.
Yalu X. schrieb: > Edit: Die im Datenblatt angegebenen 50MHz sind ja nicht die Bandbreite > bei Verstärkung 1, sondern die GBW bei 20kHz und einem Lastwiderstand > von 1kΩ. Die Simulation sagt hier 70Mhz, was nicht mehr ganz so weit vom > Datenblattwert entfernt ist. Da der Frequenzgang bei 1MHz einen leichten > Schlenker nach unten macht, ist ab dieser Frequenz die GBW nicht mehr > konstant, so dass die deutlich Abweichung der Bandbreite von den 50MHz > bei Verstärkung 1 schon in Ordnung ist. > > Wenn man das simulierte Diagramm mit dem aus dem Datenblatt vergleicht, > ist die Übereinstimmung schon ganz gut. Vielen Dank für deine Antwort. Bis auf den obigen Teil habe ich das verstanden. Ich denke ich habe ein allgemeines Verständnisproblem mit der GBW. Dachte immer das sei die Frequenz, bei der der OPv die Verstärkung 1 besitzt. Ansatt 20kHz meintest du 100kHz, oder nicht? Also gehe ich dann wie folgt vor: Ich bilde den Quotienten aus GBW und den 100kHz und erhalte damit die Verstärkung bei 100kHz? >Die Ursache für den Unterschied ist wahr- >scheinlich im Modell des LTC6244HV zu suchen, denn für das Universal- >Opamp-Modell kommen exakt die erwarteten Ergebnisse heraus. Wie meinst du das? Hast du dir das Model nochmal gezogen und mit dem Universal OPamp eingefügt? Gruß
Falls der OpAmp bei Gain=1 stabil ist kann man die GBW so messen : Positiver Eingang auf Mittelspannung, 100 Ohm an den negaitiven Eingang, 100 Ohm als Feedback und dann 100mV reinlassen. Die GBW bezieht sich nicht volle Amplitude. Das waere dann die Full Power Bandwidth, und die ist ueblicherweise duch die Slewrate begrenzt.
loxagon schrieb: > Ich denke ich habe ein allgemeines Verständnisproblem mit der GBW. > Dachte immer das sei die Frequenz, bei der der OPv die Verstärkung 1 > besitzt. Ein Opamp verhält sich im nutzbaren Frequenzbereich normalerweise wie ein Hochpass erster Ordung. Beispiel LT1013 (linkes Diagramm in meinem letzten Beitrag): Die Grenzfrequenz liegt bei etwa 0,1Hz. Zwischen 0,3Hz und 300kHz fällt die Verstärkung mit 20dB/Dekade, d.h. die Verstärkung ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Somit ist das Produkt aus Verstärkung und Frequenz in diesem Bereich konstant. Diese typspezifi- sche Konstante heißt Verstärkungs-Bandbreiteprodukt (oder engl. Gain Bandwidth, GBW) und liegt beim LT1013 bei etwa 600kHz. Bei 1Hz ist die Verstärkung 6·10⁵, bei 600Hz ist sie 1000 usw., das Produkt ist also immer 600MHz. Die Konstante heißt Verstärkungs-"Bandbreite"produkt, weil bei einer gegengekoppelten, nichtinvertierenden Verstärkerschaltung das Produkt aus DC-Verstärkung und 3dB-Bandbreite genau denselben Wert ergibt. Setzt sich der Verstärkungsabfall von 20dB/Dekade bis zu der Frequenz fort, wo die Verstärkung 1 ist, ist diese Frequenz logischerweise gleich der GBW. Reale Opamps sind aber mehrstufige Verstärker und stellen deswegen Tiefpässe höherer Ordnung dar. Sie sind aber so aufgebaut, dass die ersten beiden Pole der Übertragungsfunktion (die den Abwärtsknicken im Frequenzgang entsprechen) weit auseinander liegen (Pole Splitting), weil damit eine gute Stabilität bei gegengekoppelten Verstärkerschaltungen erreicht wird. So liegt bspw. beim LT1013 der zweite Pol bei etwa 1MHz, also etwas oberhalb der Frequenz, wo die Verstärkung 1 ist. Deswegen stört der zweite Pol den gleichmäßig abfallenden Frequenzverlauf im Bereich, wo die Verstärkung größer 1 ist, kaum. Damit ist die GBW bis zur Verstärkung 1 hinunter weitgehend konstant, und dein Gedanke > Dachte immer das sei die Frequenz, bei der der OPv die Verstärkung 1 > besitzt. stimmt für diesen Fall. Das im letzten Abschnitt Geschriebene gilt für die meisten anderen voll frequenzkompensierten (unity stable) Opamps ebenfalls. Es gibt aber auch Opamps die nur teilkompensiert sind und damit bspw. erst ab einer Verstärkung von 5 stabil sind. Bei diesen liegt der zweite Pol an einer Frequenz, bei der die Verstärkung noch deutlich größer 1 ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Pol ist auch hier das Verstär- kungs-Bandbreiteprodukt konstant, rechts vom zweiten Pol aber nicht mehr, da hier ein doppelt so starker Frequenzabfall von 40dB/Dekade stattfindet. Man kann also auch für diese Opamps die GBW bestimmen, muss aber das zu multiplizierende Frequenz-Verstärkungspaar im Diagramm an einer Stelle zwischen den beiden Polen ablesen, wo die Verstärkung noch deutlich größer als 1 ist. Deswegen kann deine Regel hier zumindest nicht direkt angewandt werden. Man kann jedoch die Gerade zwischen den beiden Polen nach rechts unten verlängern. Diese verlängerte Gerade schneidet die 0dB-Linie wiederum an der GBW. Nun zum LTC6244HV: Er ist wie der LT1013 voll kompensiert. Trotzdem kommt, wie im Diagramm am leichten Knick nach unten zu erkennen ist, der zweite Pol schon bei 1MHz, also an einer Stelle, wo die Verstärkung noch satte 35dB (also mehr als 50) ist. Das ist eigentlich ein Kennzeichen für einen teilkompensierten Opamp. Der LTC6244HV könnte also nicht unity stable sein, wenn er nicht bei etwa 6MHz noch eine Nullstelle in der Übertragungsfunktion (Knick nach oben im Frequenzgang) hätte, die die Wirkung des zweiten Pols weitgehend wieder aufhebt. Obwohl der LTC6244HV also unity stable ist, kann wegen des S-förmigen Verlaufs des Frequzenzgangs zwischen 1MHz und 6MHz deine Regel auch hier nicht angewandt werden. Deswegen muss man auch hier die GBW an einem Punkt zwischen den Polen ablesen oder den geraden Verlauf bis hinunter zur 0dB-Linie verlängern. Der Schnittpunkt (und damit die GBW) liegt etwa bei 70MHz, während der Frequenzgang die 0dB-Linie schon bei 13,5MHz schneidet. > Ansatt 20kHz meintest du 100kHz, oder nicht? Ich habe wohl eine ältere Version des Datenblatts erwischt, dort sind die Werte noch für 20kHz statt 100kHz angegeben worden. Da aber beide Frequenzen klar zwischen den beiden Polen liegen, ist die resultierende GBW in beiden Fällen gleich. >> Die Ursache für den Unterschied ist wahr- scheinlich im Modell des >> LTC6244HV zu suchen, denn für das UniversalOpamp-Modell kommen >> exakt die erwarteten Ergebnisse heraus. > > Wie meinst du das? Hast du dir das Model nochmal gezogen und mit dem > Universal OPamp eingefügt? Ich habe den LTC6244HV in der simulierten Schaltung einfach durch den UniversalOpamp ersetzt, weil man bei diesem die GBW und andere Parameter explizit einstellen kann. So konnte ich die Ergebnisse besser kontrol- lieren und sehen, dass der Trick mit der Gegenkopplung keinen Fehler im Ergebnis verursacht. Aber wie sich mittlerweile herausgestellt hat (und ich im "Edit" nach- getragen habe), ist die Abweichung der GBWs in Simulation und Datenblatt ja doch nicht so groß wie zunächst angenommen. Deswegen passt das Modell des LTC6244HV schon ganz gut.
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