Guten Abend Allerseits, es ist ja so, dass OpAmpschaltungen mit kleiner Verstärkung eher schwingen als solche mit großer. Wenn ich aber mal ins Bodediagramm schaue, kann ich doch in dem ich die Verstärkung veringere bei gleichbleibender Phase für mehr Gainmargin sorgen. => Die Schaltung wird stabiler. Das ist doch auch der Grund, warum ich eine Kapazität parallel zum Rückkoppelwiderstand einfüge: geringere Verstärkung bei höheren Frequenzen. Oder irre ich mich? Wie kann man dann folgendes Zitat aus dem Roboternetzwiki verstehen? "Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Einige OPs (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit Schwingungen rechnen." Gilt dies hier(aus demselben Artikel): "- hochohmige Rückkopplung ohne parallelen Kondensator" weil kleine parasitäre Kapazitäten große Widerstände benötigen um Grenzfrequenzen im interessierenden Frequenzbereich zu erzeugen? http://www.rn-wissen.de/index.php/Operationsverst%C3%A4rker#Stabilit.C3.A4t_in_OP_Schaltungen schönen Rest-Samstag noch, FF
>Das ist doch auch der Grund, warum ich eine Kapazität parallel >zum Rückkoppelwiderstand einfüge: geringere Verstärkung bei höheren >Frequenzen. Mit diesem Cap kannst du eine "phase lag" in der Gegenkopplung durch eine "phase lead" kompensieren. "phase lag" entsteht durch kapazitive Last am Ausgang in Verbindung mit der endlichen Ausgangsimpedanz des OPamps und/oder durch eine Streukapazität vom "-" Eingang des OPamps nach Masse in Verbindung mit dem Gegenkopplungswiderstand. Die "phase lead" Kapazität päppelt also die "phase margin" wieder auf.
Hmm habe ich noch nicht ganz verstanden. Das eine Phasenanhebung gut für die Stabilität ist, ist klar. Aber wieso führt eine Kapazität in der Rückkopplung zu einer Phasenanhebung?
> es ist ja so, dass OpAmpschaltungen mit kleiner Verstärkung eher > schwingen als solche mit großer. Richtig. > Wenn ich aber mal ins Bodediagramm > schaue, kann ich doch in dem ich die Verstärkung veringere bei > gleichbleibender Phase für mehr Gainmargin sorgen. => Die Schaltung wird > stabiler. Vollkommen falsch und im Widerspruch zu obiger Aussage. > Das ist doch auch der Grund, warum ich eine Kapazität parallel > zum Rückkoppelwiderstand einfüge: geringere Verstärkung bei höheren > Frequenzen. Oder irre ich mich? Ja du irrst dich. Die Kapazität hat eine ganz andere Funktion: Beitrag "Re: verstärkerschaltung" > Wie kann man dann folgendes Zitat aus dem Roboternetzwiki verstehen? > > "Etwas gegen die Intuition sind Verstärkerschaltungen mit einer hohen > Verstärkung für das Signal weniger schwingungsanfällig als solche mit > einer kleinen Verstärkung (z.B. 1 beim Impedanzwandler). Einige OPs > (z.B. OP37, LF357): sind speziell für Schaltungen mit einer Verstärkung > von mindestens z.B. 5 gedacht - bei weniger Verstärkung muss man mit > Schwingungen rechnen." Genau so wie es geschrieben wurde, denn es ist richtig.
Die Kapazität in der Rückkopplung, parallel zum Widerstand, führt bei richtiger Größe zu einer gewünschten Phasenverschiebung um die Phasendifferenz zu vergrößern. Ist die Kapazität zu groß, ist die Wirkung geringer und es wird nur verhindert das der Widerstand zusammen mit der Eingangskapazität und parasitären Kapazitäten ein unerwünschte Phase erzeugt. Auch das reicht bei einem Unity-gain stabilen OP. Bei den OPs die nicht unity Gain stabil sind, kann eine zu große Kapazität in der Rückkopplung aber zu Instabilität führen.
Man kann sich das auch etwas einfacher und intuitiver modellieren. Ein OPV als Spannungsfolger koppelt 100% seiner Ausgangsspannung an den Eingang zurück. Ein 10-fach Verstärker koppelt nur 10% der Ausgangsspannung zurück. Und immerhin ist es diese Gegenkopplung, die für die Oszillation verantwortlich ist, weil sie bei geeigneter Phase zur Mitkopplung wird. Je ausgeprägter die Rückkopplung ist, desto stärker ist das für diese Mitkopplung nötige Signal, desto früher tritt dieser Effekt also ein, desto eher oszilliert er - und desto geringer ist andererseits die Verstärkung.
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>Hmm habe ich noch nicht ganz verstanden. Das eine Phasenanhebung gut für >die Stabilität ist, ist klar. Aber wieso führt eine Kapazität in der >Rückkopplung zu einer Phasenanhebung? Im Anhang ist die Phasensituation für einen nichtinvertierenden Verstärker mit der Verstärkung 2 gezeigt. Die Streukapazität vom "-" Eingang nach Masse soll 20pF und die "open loop output impedance" soll 300R sein, ungefähr so wie beim TL072. Man erkennt, daß R3 und C1 eine destabilisierende "phase lag" erzeugen, die mit zusätzlichem C2 fast vollständig kompensiert werden kann.
schön kai ! Da lohnt es sich doch wieder mitzulesen. Danke
Kai Klaas schrieb: > Im Anhang ist die Phasensituation für einen nichtinvertierenden > Verstärker mit der Verstärkung 2 gezeigt. Die Streukapazität vom "-" > Eingang nach Masse soll 20pF und die "open loop output impedance" soll > 300R sein, ungefähr so wie beim TL072. > > Man erkennt, daß R3 und C1 eine destabilisierende "phase lag" erzeugen, > die mit zusätzlichem C2 fast vollständig kompensiert werden kann. Vielen Dank für die Mühe! Ich habe mich gestern auch nochmal dran versucht und einerseits den Frequenzgang eines invertierenden Verstärkers per Hand auszurechnen, und ihn andererseits mit ltspice zu simulieren. Aus der Rechnung kommt raus:
es entsteht also ein Pol bei
. Der sollte die Phase doch um 90grad nach unten drehen und nicht anheben oder? Also ich fange mit meiner Phase bei 180Grad an, weil invertierender Verstärker. Die Verstärkung liegt bei
. Dann kommt irgendwann der Pol: Die Verstärkung fällt mit 20dB/dek und die Phase dreht auf 270grad. Richtig? Wenn ja, wie soll dann da ne Phasenanhebung zustande kommen? Mal ne andere Frage: Wenn ich mir die Phase des Frequenzgangs ansehe, betrachte ich doch den Phasenunterschied zwischen Eingang und Ausgang. Richtig? Entscheident ist aber doch eigentlich der Phasenunterschied zwischen + Eingang und - Eingang oder nicht? Diese ganze Rückkoppelei führt noch zu Instabilitäten in meinem Hirn. Viele Grüße
Felix F. schrieb: > Entscheident ist aber doch eigentlich der Phasenunterschied > zwischen + Eingang und - Eingang oder nicht? Noe.Der Phasenunterschied vom Ausgang zum Eingang ist endscheident. Du baust doch eine Gegenkopplung. Die funktioniert aber wenn die Phasendrehung 180 Grad ist. Bei 0 oder 360 Grad wird sie zur Mitkopplung. Dann schwingt die Schaltung. Wenn dein Gegenkooplungsnetzwerk jetzt die Phase dreht kommst du immer weiter von den 180 Grad weg zu den 360 Grad. Der Rest der die bis 360 Grad fehlt nennt man Phasenreserve. Und die sollte mindesten 45 Grad betragen besser mehr. Wenn du jetzt eine kapazitive Last am Ausgang hast drehst du die Phase schon weiter. Und wie A.K. schon sagte bei kleinerer Verstaerkung wird mehr an den (-) Eingang zurueckgegeben. Und dann ist die Schwingbedingung V >= 1 und Phi 0,360.. schneller erreicht.
was ich noch vergessen habe: Sind hochohmige Rückkopplung ohne parallelen Kondensator deshalb schlecht für die Stabilität, weil sie zusammen mit den parasitären Kapazitäten den Phaselag zu niedrigeren Frequenzen verschieben? Soll in deiner Simulation das Vm1 der Eingang des OPVs sein? Falls ja würdest du R3 auf den +Eingang zurückführen. Was dann wieder kein nichtinvertierender Verstärker wäre..
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Hallo Felix, man sollte "loopgain" simulieren. Das ist die Verstärkungsreserve mit Betrag und Phase. Der Abstand der Phase zu -180° beim Betrag der loopgain von 0dB ist die Phasenreserve. Je größer die ist, um so weniger Überschwingen hat man. Wenn die Phase gar unter -180° bei 0dB ist, dann schwingt das System (Oscillator). Scahu dir die Wirkung derunterschiedlich CF an. 1f(emto) soll 0 sein. .step param CF list 1f 6p 12p Da die Bilsschirme heutzutage sehr breit sind(16:9), empfehle ich die Darstellung: Window -> Tile Vertically Der Schaltplan ist aus Versehen zweimal angehängt.
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Und so sieht die Sprungantwort dann im Zeitbereich für verschiedene Kapazitäten von Cf aus. Siehe vorherige Anhänge.
>schön kai ! >Da lohnt es sich doch wieder mitzulesen. Danke. >Dann kommt irgendwann der Pol: Die Verstärkung fällt mit 20dB/dek und >die Phase dreht auf 270grad. Richtig? Wenn ja, wie soll dann da ne >Phasenanhebung zustande kommen? Du machst dir das viel zu kompliziert. Betrachte einfach nur die Bauteile der Gegenkopplung, also R2, R3, C1 und C2. Diese Bauteile bilden einen frequenzabhängigen Spannungsteiler, wie bei einem Tastkopf von einem Oszi. Wenn C2 nicht da ist, hast du bei niedrigen Frequenzen einen rein resistiven Spannungsteiler und keinerlei Phasendrehung. Bei hohen Frequenzen dominiert aber C1 über R2 und du hast einen Tiefpaß. Wenn C2 da ist und richtig gewählt wurde, hast du bei niedrigen Frequenzen wieder einen rein resistiven Spannungsteiler und keinerlei Phasendrehung. Bei hohen Frequenzen dominiert jetzt aber C1 über R2 und C2 über R3. Also hast du bei hohen Frequenzen einen rein kapazitiven Spannungsteiler und ebebenfalls keinerlei Phasendrehung. >Mal ne andere Frage: Wenn ich mir die Phase des Frequenzgangs ansehe, >betrachte ich doch den Phasenunterschied zwischen Eingang und Ausgang. >Richtig? Entscheident ist aber doch eigentlich der Phasenunterschied >zwischen + Eingang und - Eingang oder nicht? Eigentlich ist der Phasenunterschied zwischen Ausgang und der Differenz von "+" und "-" Eingang entscheidend. Es wird hier aber angenommen, daß der "+" Eingang auf Masse liegt, also interessiert nur noch die Phasendifferenz zwischen Ausgang und "-" Eingang. Ich lege bei meinen Simulationen immer den Pluspol meines "meters" an den "-" Eingang des OPamps und den Minsupol an den "+" Eingang des Opamps (hier Masse). Dann brauche ich nur noch zu schauen, ob im Übertragungsfrequenzgang des OPamp in der Simulation eine negative Phasedrehung auftritt. Diese kann bei niedrigen Frequenzen zugelassen werden, wenn sie rund -60° nicht übersteigt. Dies deshalb, weil der OPamp durch seine interne Kompensation noch auf 180° OPhasendrehung vorgespannt ist. Viele Aktivfilterschaltungen und TIAs wären nicht möglich, wenn ich bei niedrigen Frequenzen nicht bis -60° Phasendrehung erlauben würde. Bei höheren Frequenzen bis an die Übertragungsgrenze versuche ich die Schaltung mit "phase lead" Kapazitäten und anderen Maßnahmen so zu kompensieren, daß in der Simulation bei der "unity gain bandwidth" auf keinen Fall mehr als -30° Phasendrehung auftritt. Dies deshalb, weil hier die interne Kompensation bereits beginnt zu versagen und der OPamp schon von sich aus eine zusätzliche negative Phasendrehung mitbringt. >was ich noch vergessen habe: Sind hochohmige Rückkopplung ohne >parallelen Kondensator deshalb schlecht für die Stabilität, weil sie >zusammen mit den parasitären Kapazitäten den Phaselag zu niedrigeren >Frequenzen verschieben? Ja, aber nicht dafür, was sie bei niedrigen Frequenzen anrichtet, sondern weil sie bei der UGB die "phase margin" immer kräftiger aufzehrt. Der OPamp beginnt ja dann, wenn er instabil wird, auf einer hohen Frequenz zu schwingen. >Soll in deiner Simulation das Vm1 der Eingang des OPVs sein? Falls ja >würdest du R3 auf den +Eingang zurückführen. Was dann wieder kein >nichtinvertierender Verstärker wäre.. Habe ich oben schon erklärt.
Kai Klaas schrieb: > Wenn C2 nicht da ist, hast du bei niedrigen Frequenzen einen rein > resistiven Spannungsteiler und keinerlei Phasendrehung. Bei hohen > Frequenzen dominiert aber C1 über R2 und du hast einen Tiefpaß. Macht Sinn. Die Verstärkung würde steigen, da die Parallelschaltung aus R2 und C1 mit höheren Frequenzen kleiner wird. Hohe Verstärkung soll doch aber besser sein für die Stabilität als geringe. Was hier aber nicht zutrifft, da bei hohen Frequenzen Phase des ganzen gegen 180° zu laufen droht und dann aus der Gegenkopplung eine Mitkopplung wird. Richtig? > > Wenn C2 da ist und richtig gewählt wurde, hast du bei niedrigen > Frequenzen wieder einen rein resistiven Spannungsteiler und keinerlei > Phasendrehung. Bei hohen Frequenzen dominiert jetzt aber C1 über R2 und > C2 über R3. Also hast du bei hohen Frequenzen einen rein kapazitiven > Spannungsteiler und ebebenfalls keinerlei Phasendrehung. Macht auch Sinn, ich sollte also für R2xC1 = R3xC2 sorgen? (also gleiche Zeitkonstanten) Wie sähe das bei einem invertierenden Verstärker aus? Dort wäre die Kapazität vom -Eingang gegen Masse und nicht parallel zum Eingangswiderstand. Die oben genannte Erklärung würde dann nicht funktionieren oder? > Eigentlich ist der Phasenunterschied zwischen Ausgang und der Differenz > von "+" und "-" Eingang entscheidend. Es wird hier aber angenommen, daß > der "+" Eingang auf Masse liegt, also interessiert nur noch die > Phasendifferenz zwischen Ausgang und "-" Eingang. Deshalb hat sich HelmutS also für die Verstärkung der geschlossenen Schleife interessiert und nicht für Ausgang/Eingang? > Ich lege bei meinen Simulationen immer den Pluspol meines "meters" an > den "-" Eingang des OPamps und den Minsupol an den "+" Eingang des > Opamps (hier Masse). Dann brauche ich nur noch zu schauen, ob im > Übertragungsfrequenzgang des OPamp in der Simulation eine negative > Phasedrehung auftritt. Diese kann bei niedrigen Frequenzen zugelassen > werden, wenn sie rund -60° nicht übersteigt. Dies deshalb, weil der > OPamp durch seine interne Kompensation noch auf 180° OPhasendrehung > vorgespannt ist. Viele Aktivfilterschaltungen und TIAs wären nicht > möglich, wenn ich bei niedrigen Frequenzen nicht bis -60° Phasendrehung > erlauben würde. Damit der OpAmp bei einer Verstärkung von 1 stabil ist, wird durch interne Kompensation dafür gesorgt, dass die Phase intern erst nach der transitfrequenz auf 180° fällt bzw die Verstärkung vor den 180° auf unter 1 gedrückt wird. Wenn ich durch meine Rückkopplung die Phase vorher schon zu weit drehe, ist die Verstärkung noch größer 1 und es wird instabil. Bei niedrigen Frequenzen ist die Phasendrehung des Opamps noch nicht so groß, es kann also eine größere Phasendrehung durch die Rückkopplung erlaubt werden. Habe ich bis hierhin alles richtig verstanden? > Bei höheren Frequenzen bis an die Übertragungsgrenze versuche ich die > Schaltung mit "phase lead" Kapazitäten und anderen Maßnahmen so zu > kompensieren, daß in der Simulation bei der "unity gain bandwidth" auf > keinen Fall mehr als -30° Phasendrehung auftritt. Dies deshalb, weil > hier die interne Kompensation bereits beginnt zu versagen und der OPamp > schon von sich aus eine zusätzliche negative Phasendrehung mitbringt. Gerade da ist die interne Kompensation doch wichtig dachte ich... > >>was ich noch vergessen habe: Sind hochohmige Rückkopplung ohne >>parallelen Kondensator deshalb schlecht für die Stabilität, weil sie >>zusammen mit den parasitären Kapazitäten den Phaselag zu niedrigeren >>Frequenzen verschieben? > > Ja, aber nicht dafür, was sie bei niedrigen Frequenzen anrichtet, > sondern weil sie bei der UGB die "phase margin" immer kräftiger > aufzehrt. Der OPamp beginnt ja dann, wenn er instabil wird, auf einer > hohen Frequenz zu schwingen. Also weil der Phaselag die Phase margin verkleinert, wird die gesamte Phasenverschiebung bei UnityGain eventuell 180° überschreiten. Wenn der Phaselag bei Frequenzen liegt, die oberhalb der UGB liegen, interessiert er nicht, weil Verstärkung sowieso kleiner 1. Ich hoffe ich hab alles richtig verstanden. Wenn ich das jetzt noch auf einen Invertierenden Verstärker umgemünzt bekomme ist alles gut. ;)
Für die Betrachtung der Stabilität wird angenommen, dass das Eingangssignal auf GND ist - die eventuellen Schwingungen sind ja unabhängig vom Eingangssignal. Es macht also auch für den Invertierenden Verstärker keinen wesentlichen Unterschied Unterschied. Man muss aber ggf. die Impedanz der Quelle am Eingang mit berücksichtigen - wichtig wird das vor allem bei so etwas wie dem Transimpedanzverstärker.
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Ich habe mal das Einschwingverhalten meiner Schaltung simuliert. Wie erwartet gibt es ohne Kompensationskondensator mehr überschwinger, zumindest auf der nach der aufsteigenden Flanke vor der Flanke gibt scheint die Kapazität nicht so optimal zu sein, oder sind das Fehler in LTspice? Kann das jemand erklären? Grau = 20p rot = ohne
Der Unterschwinger im linken Bild ist ein Vorschwinger. Da geht das Signal direkt von der Quelle zum Ausgang bevor der Operationsverstärker überhaupt reagiert. LTspice simuliert hier richtig.
Vielen Dank euch allen, ich denke es haben sich ein paar Knoten in meinem Hirn gelöst.Danke.
>Hohe Verstärkung soll doch aber besser sein für die Stabilität als >geringe. Stabilität hat vor allem etwas mit der Phase zu tun. Wenn die Phase stimmt, ist die Verstärkung egal. >Macht auch Sinn, ich sollte also für R2xC1 = R3xC2 sorgen? (also gleiche >Zeitkonstanten) Scheint hier so. Aber da gibt es noch die endliche "open loop output impedance" und eventuelle kapazitive Lasten am Ausgang des OPamps. Und bei TIAs mit besonders großer Streukapazität vom "-" Eingang nach Masse sieht die Rechnung wieder anders aus. Die Phase muß für jede Schaltung individuell durchgerechnet werden. Nur für besonders einfache Schaltungen, wie die in meinem Beispiel, sieht die Geschichte so einfach aus. >Wie sähe das bei einem invertierenden Verstärker aus? Dort wäre die >Kapazität vom -Eingang gegen Masse und nicht parallel zum >Eingangswiderstand. Die oben genannte Erklärung würde dann nicht >funktionieren oder? Da beides Mal der "+" Eingang auf Masse liegt, ist die Rechnung praktisch identisch. Man kann beim nichtinvertierenden Verstärker auch zusätzliche Quellimpedanzen annehmen, sowie Streukapazitäten vom "+" Eingang nach Masse und Streukapazitäten zwischen den Eingängen. Aber viel macht das nicht aus. Bei meiner Phasensimulation geht es ohnehin nicht um eine exakte Berechnung, sondern lediglich um eine Tendenz. Man hat praktisch immer geung "phase margin" übrig, um gewisse Toleranzen der Bauteile und der Simualtion aufzufangen. >Damit der OpAmp bei einer Verstärkung von 1 stabil ist, wird durch >interne Kompensation dafür gesorgt, dass die Phase intern erst nach der >transitfrequenz auf 180° fällt bzw die Verstärkung vor den 180° auf >unter 1 gedrückt wird. Wenn ich durch meine Rückkopplung die Phase >vorher schon zu weit drehe, ist die Verstärkung noch größer 1 und es >wird instabil. Bei niedrigen Frequenzen ist die Phasendrehung des Opamps >noch nicht so groß, es kann also eine größere Phasendrehung durch die >Rückkopplung erlaubt werden. Habe ich bis hierhin alles richtig >verstanden? Durch die interne Kompensation des OPamp entsteht eine Phasendrehung ("phase lag") von 90°. Dazu kommt die 180° Phasendrehung wegen des invertierenden Eingangs. Also hast du noch 90° Phasenreserve, auch "phase margin" genannt, bevor es schwingt. Bei niedrigen Frequenzen kann man die "phase margin" kräftig anknabbern, ohne daß dadurch größere Probleme entstehen. So rund 60° kann man sich schon borgen. Bei höheren Frequenzen entstehen im OPamp durch Laufzeitverzögerungen aber zusätzliche Phasenverschiebungen und die "phase margin" schrumpft zusammen. Wenn bei der UGB beispielsweise 30° zusätzlicher "phase lag" entsteht, schrumpft die "phase margin" von ursprünglich 90° auf 60° zusammen. Davon kann man sich nur nur 30° borgen, bevor es kritisch wird. >Gerade da ist die interne Kompensation doch wichtig dachte ich... Aber durch die zusätzlichen Lauftzeitverzörerungen (endliche Schaltzeiten der Transistoren, unerwünschte Streukapazitäten auf dem Chip, etc.) entsteht zuviel des Guten.
Laufzeiten hat man auch in den externen Komponenten. Z.B. die typische Konstellation R-C. Interessant ist das bei Offset-Kompensation durch negative Rückkopplung mittels RC-Tiefpaß. Also wenn das Nutzsignal per AC-Kopplung durch den offsetgeregelten OpAmp durchgereicht wird und die Schaltung nicht schwingen soll. Da teilt sich der Effekt auf: 1. Dämpfung im Tiefpaß muß Verstärkung kompensieren 2. Laufzeit darf nicht konstruktiv zum Eingangssignal wirken Weil es so gut paßt: Wie bringt man den UniversalOpAmp von LTspice zum Schwingen? Ich schaffe das nicht. Steige durch das Gerödel im Modell aber auch nicht komplett durch. Ich kann das nur als Black-Box benutzen. Also wer kann z.B. L165 oder TDA2052 oder ähnliche, die nicht v=1 stabil sind, zuverlässig vergleichbar zum realen Aufbau zum Schwingen bewegen? Danke!
>Wie bringt man den UniversalOpAmp von LTspice zum Schwingen? Ich schaffe >das nicht. Dann probier doch mal die Schaltung aus dem Nachbarthread aus: Beitrag "Sallen Key Filter mit Gain > 2 Instabil?" Im Anhang ist die Simulation zu sehen, in der der TL072 schwingt. In den Bildchen daneben wird klar warum: Bei der Schwingfrequenz wird die Mitkopplung gleichphasig und es ergibt sich eine Verstärkung >1. Deswegen schwingt die Schaltung mit dem 10k Gegenkopplungswiderstand noch nicht, wohl aber die mit dem 20k Widerstand.
Abdul K. schrieb: > Wie bringt man den UniversalOpAmp von LTspice zum Schwingen? Ich schaffe > das nicht. Wie ging noch dieser Spruch: "Verstärker schwingen immer, Oszillatoren nie." Offensichtlich hast du bisher nur Oszillatoren gebaut bzw. simuliert ;-)
Der TL07x ist v=1 stabil. Daher bringt mir das nichts.
>Der TL07x ist v=1 stabil. Daher bringt mir das nichts.
Was brauchst du denn? Ich habe dich noch nicht verstanden.
Vielleicht stehe ich auf dem Schlauch?? Ich möchte einfach nur in LTspice nachvollziehen können, warum die ganze Audio-OpAmp Serie beginnend so bei TDA2030 und mindestens bis TDA2052 nicht v=1 stabil ist. Bei diesen Chips wird laut Datenblatt immer eine Mindestverstärkung verlangt. Diese ICs scheinen alle eine mehr oder weniger gleiche Innenschaltung zu haben. Individuell unterschiedlich starke Endstufe und Schutzfunktionen, aber ansonsten scheinen sie gleich. Wenn ich am universellen UniversalOpAmp-Modell rumspiele, bekomme ich trotzdem kein Schwingen. Der interne OTA erschließt sich mir auch nicht in allen seinen Parametern. Ist auch nicht offiziell dokumentiert. Vielleicht durch eine E-Source ersetzen?
Die Audioverstärker sind in der Regel nicht V=1 stabil, weil die üblichen Anwendungen das nicht verlangen. Entsprechend darf die interne Kompensation so ausgelegt sein, dass es erst ab eine Verstärkung von z.B. 5 oder 10 stabil ist. So kann man aus der praktisch gleichen Schaltung eine höhere GBW heraus hohlen und der fertige Verstärker hat weniger Klirr bzw. mehr Bandbreite. Eine Verstärker der nicht V=1 stabil ist, mit externen mitteln auch mit V=1 stabil zu bekommen ist gar nicht so einfach, aber möglich. Bei den OPs stellt sich das Problem eher selten, denn da gibt es halt meist such die unity-gain stabilen Versionen. Bei den OPs gibt es auch teils solche Versionen, um mit der fast gleichen Schaltung eine höhere Bandbreite zu bekommen. z.B. OP27 (V=1 stabil) - OP37 (ab V =5).
> Ich möchte einfach nur in LTspice nachvollziehen können, warum die ganze > Audio-OpAmp Serie beginnend so bei TDA2030 und mindestens bis TDA2052 > nicht v=1 stabil ist. Wie stellst du dir das denn vor? Die Instabilität liegt doch in der Innenschaltung begründed und die siehst du nicht bzw. kannst nicht darin messen. Wenn du unbedingt unstabile Verstärker haben willst, dann bau doch einfach eine der vielen bekannten NF-Verstärkerschaltungen in Spice nach, lass die Frequenzgangkorrektur weg und stell die Verstärkung auf 1 ein, am besten mit einem hochohmigen, nicht kompensierten Rückkoppelteiler... Es ist auch eine Frage, was man überhaupt als unstabil betrachtet. Manche sagen ein Verstärker ist stabil, wenn er nicht von selbst oszilliert, egal wie groß das Überschwingen im Zeit- und damit auch Frequenzbereich ist, obwohl die Schaltungen dicht an der Grenze sind (das ist der Normalfall bei den ganzen Bastlerschaltungen). Auch die IC-Hersteller lassen da einiges zu, um möglichst große Zahlen für Bandbreite und SR in DB schreiben zu können. Ich sehe das etwas anders.
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Abdul K. schrieb: > Wenn ich am universellen UniversalOpAmp-Modell rumspiele, bekomme ich > trotzdem kein Schwingen. Wenn du die Parameter richtig einstellst, schon: "SpiceModel" musst du auf "level.3b" (maximale Realitätsnähe) und phimargin (Phasenreserve) auf einen negativen Wert (keine Vollkompensation) setzen. Im angehängten Beispiel hat der linke Opamp eine positive Phasenreserve und schwingt deswegen bei Verstärkung 1 nicht. Der mittlere Opamp hat eine negative Phasenreserve und schwingt deswegen bei Verstärkung 1. Die Schwingungsamplitude wird dabei durch die endli- che Slew-Rate begrenzt. Vergößert man die Slew-Rate, erfolgt die Begren- zung durch die endliche Versorgungsspannung. Der rechte Opamp hat die gleiche Phasenreserve wie der mittlere. Wegen der höheren eingestellten Verstärkung (schwächere Rückkopplung) schwingt er trotzdem nicht. Der besseren Vergleichbarkeit wegen habe ich das Ausgangssignal im Plot durch 3 dividiert.
Die Verstärkung im boidediagramm bezieht sich auf die Verstärkung der Rückkopplung (closed loop). Bei der Verstärkerschaltung des OP-Amps wirkt die Verstärkung aber nicht in der Rückkopplung, sondern kommt in der Rückkopplung invers zum tragen. Eine Verstärkung von 3 bedeuted also eine Verstärkung von 1/3 in der Rückkopplung, wodurch du im bode-Diagramm wieder mehr phase-margin bekommst.
Danke für die Beiträge! Heute kann ich wegen kleinem Betriebsunfall nur einhändisch tippen. Ich denke mit dem Ansatz von Yalu kann ich erstmal weiterforschen.
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