Simulation Leerlaufverstärkung THS4631

[Michael S. (michael8192)]

Hallo,

ich habe mal versucht, mit TINA die Leerlaufverstärkung des THS4631 zu 
simulieren, aber das Ergebnis entspricht nicht dem des Datenblattes. 
Vielleicht habe ich aber einen Fehler in der Simulation. Im Datenblatt 
ist noch der Hinweis, das die Kurven bei G=2, T=25° und Rf=499R 
aufgenommen wurden. Wie geht das dann für den open-loop, wo ich doch gar 
keinen Widerstand rückgekoppelt habe?

Danke

[ArnoR (Gast)]

> Wie geht das dann für den open-loop, wo ich doch gar
> keinen Widerstand rückgekoppelt habe?

Das macht man auch anders. Man macht eine normale Gegenkopplung, die man 
dann für hohe Frequenzen unwirksam werden lässt, aber die dennoch den 
Gleichstromarbeitspunkt erhält. Siehe Anhang. Dort wird der eine 
500Ohm-Widerstand bei der parametrischen Analyse von 500Ohm auf 1µOhm 
gesetzt. Der Kondensator mit 1MF sorgt für die Gleichstromgegenkopplung.

Im Anhang sieht man, dass die Leerlaufverstärkung im Modell für f->0 
unendlich wird, da stimmt was nicht.

[ArnoR (Gast)]

> die man dann für hohe Frequenzen unwirksam werden lässt

Ich meite natürlich: "die man für alle Frequenzen unwirksam werden 
lässt"

[ArnoR (Gast)]

In deiner Schaltung oben wird der OPV durch die interne Offsetspannung 
an den Anschlag getrieben, daher kann der nicht richtig verstärken. Wenn 
du mal der Eingangsquelle eine Gleichspannung von 270,81µV mitgibst, 
sollte sich der Ausgang nahe 0 einstellen und auch der richtige 
Frequenzgang rauskommen.

[Michael S. (michael8192)]

Aber so wird doch die Impedanz R+1/wC bei f->0 unendlich und G=1+R1/R2 
geht gegen 1. Bei f->oo wird G=2 und die Verstärkung voll wirksam. 
Müsste da nicht der Kondensator parallel zum Gegenkopplungswiderstand?

Ich habe mittlerweile das da noch gefunden:
http://www.spicelab.de/kenndaten_opv.htm

[Michael S. (michael8192)]

Das mit dem Offset war das Problem denke ich. ich habe es soweit 
hinbekommen, dass gewisse Ähnlichkeiten zum Datenblatt vorhanden sind 
(Offset -273.5uV).

Besten Dank nochmal für die Hilfe.

[ArnoR (Gast)]

> Aber so wird doch die Impedanz R+1/wC bei f->0 unendlich und G=1+R1/R2
> geht gegen 1. Bei f->oo wird G=2 und die Verstärkung voll wirksam.
> Müsste da nicht der Kondensator parallel zum Gegenkopplungswiderstand?

Ich schrob 1MF=1MegaF und 1µOhm. Bei der Darstellung der 
Leerlaufverstärkung interessieren Frequenzen weit unterhalb der ersten 
Polfrequenz (hier 10kHz) nicht, weil die Verstärkung ab dort bis f=0 
konstant ist. Wenn man einen so großen C einsetzt und den Widerstand 
variiert, kann man mit der Änderung nur eines Werte zwischen der 
Leerlaufverstärkung und der eingestellten Verstärkung "umschalten".

[Michael S. (michael8192)]

ArnoR schrieb:
> Ich schrob 1MF=1MegaF und 1µOhm. Bei der Darstellung der
> Leerlaufverstärkung interessieren Frequenzen weit unterhalb der ersten
> Polfrequenz (hier 10kHz) nicht, weil die Verstärkung ab dort bis f=0
> konstant ist. Wenn man einen so großen C einsetzt und den Widerstand
> variiert, kann man mit der Änderung nur eines Werte zwischen der
> Leerlaufverstärkung und der eingestellten Verstärkung "umschalten".

Ok. Ich habe gerade gesehen, dass Du einen Parametersweep gemacht hast 
(*) und zwar für einmal 500R und einmal 1uR. Leider kann ich das 
Ergebnis Deiner Simulation nicht nachvollziehen. Die erste Kurve 
(R2=500R) stimmt mit dem überein wenn C kurzgeschlossen ist. Bei der 
zweiten (R2=1uR) stimmt ab ca. 10kHz der Amplitudengang grob mit dem im 
Datenblatt überein, aber der Phasengang ist m.M. nach falsch.

ArnoR schrieb:
> Das macht man auch anders. Man macht eine normale Gegenkopplung, die man
> dann für hohe Frequenzen unwirksam werden lässt,
Kannst Du mir das bitte nochmal genauer erklären?
Wenn ich die Gegenkopplung unwirksam machen möchte, würde ich R2-->oo 
gehen lassen == Rückkopplungszweig aufgetrennt.

ArnoR schrieb:
> Leerlaufverstärkung interessieren Frequenzen weit unterhalb der ersten
> Polfrequenz (hier 10kHz) nicht
Woran sehe ich das in Deiner Simulation? Im Datenblatt liegt die bei ca 
20kHz (-3dB)

[ArnoR (Gast)]

> aber der Phasengang ist m.M. nach falsch.

Meinst du bei dir oder bei mir? Ich kann da keinen Fehler sehen.

> Kannst Du mir das bitte nochmal genauer erklären?

Ist genau das was du im Absatz darüber geschrieben hast: Parametersweep 
einmal mit dem "richtigen" R und einmal mit einem extrem kleinen Wert, 
der eigentlich eine extrem große Verstärkung >> Leerlaufverstärkung 
einstellen würde aber die Gleichstromgegenkopplung beibehält, damit sich 
am AP nichts ändert. So spart man sich das Gefummel mit der 
Offsetspannung.

> Woran sehe ich das in Deiner Simulation?

Garnicht, weil dort die Leerlaufverstärkung nicht richtig modelliert 
ist. Das steht sogar im Macro drin. Ich hab die 10kHz aus deinem 
Diagramm 16.07., 16:38 abgelesen.

[Michael S. (michael8192)]

ArnoR schrieb:
>> aber der Phasengang ist m.M. nach falsch.
>
> Meinst du bei dir oder bei mir? Ich kann da keinen Fehler sehen.

Ich meine bei Deiner Simulation (grüne Kurve). Der Phasengang stimmt 
nicht mit dem im Datenblatt überein. Da ist bei 1kHz die Phase knapp 
unter 0° und die erste Knickfrequenz (ca. -45°) bei ca. 20kHz.

ArnoR schrieb:
> Parametersweep
> einmal mit dem "richtigen" R und einmal mit einem extrem kleinen Wert,
> der eigentlich eine extrem große Verstärkung >> Leerlaufverstärkung

Ja klar, das leuchtet mir jetzt schon ein. Ich kann ja mit der 
Verstärkung G=1+R1/R2 entweder R1-->oo oder R2-->0 gehen lassen. Ich 
habe das nochmal für R1-->oo simuliert (Parametersweep 500R, 5MR im 
Anhang)

[ArnoR (Gast)]

> Der Phasengang stimmt nicht mit dem im Datenblatt überein.

Ja, aber er stimmt mit dem Frequenzgang in der Simulation überein.
Ich hab den THS4631 genau mit deiner Schaltung 16.07., 16:38, simuliert: 
1.Pol bei 2kHz. Was sind das nur für Modelle?

[ArnoR (Gast)]

Also ich hab noch etwas mit dem Modell rumgespielt: Die 
Leerlaufverstärkung ist ca. 60.000.000.000, ja 60 Milliarden. Sieht man 
in DC-Sweep mit 270µV bis 271µV mit 10.000 Schritten. Offsetspannung ist 
270,57µV. Wenn du die einstellst, bekommst du den gleichen Frequenzgang 
wie ich oben. Die anderen Frequenzgänge ergaben sich durch mehr oder 
weniger starke Übersteuerung.

[ArnoR (Gast)]

Da bin ich irgendwo mit den ganzen Nullen durcheinander gekommen: Vo ist 
"nur" 10V/17nV~600.000.000, und vor die Spannungen noch ein - setzen.

[Michael S. (michael8192)]

Ja, auf die Werte komme ich auch in etwa. In wie weit die Simulation des 
Modelles der Realität entspricht, weiss ich nicht. Aber es ging mir 
erstmal um das Grundverständnis, wie ich das überhaupt simuliere.
Nochmals vielen Dank für Deine Bemühungen.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Das TI-Modell vom THS4631 scheint irgendwie noch nicht ganz fertig zu
sein. Eingangsstufen, Stromspiegel und Ausgangsstufen sind aus JFETs und
BJTs aufgebaut, und für beide enthält das SUBCKT spezielle Modelle. Als
Strom- und Referenzspannungsquellen wurden entsprechende Spice-Elemente
verwendet, einige passive Bauteile modellieren das AC-Verhalten.

Allerdings wurden für die BJTs einfach die Defaultparameter von Spice in
die Datei kopiert. Diese gehen von einer Early-Spannung von unendlich
(bzw. 1GV) aus, womit der Stromspiegel in der Schaltung sehr hochohmig
wird, was zu einer entsprechend hohen Verstärkung führt.

Beim, JFET-Modell wurden zwar die Parameter modifiziert, aber gleich so
sehr, dass das Verhalten deutlich schlechter als in der Realität wird.
Das Ergebnis is ein Eingangsstrom von etwa 7nA, was für einen JFET-Opamp
viel zu hoch ist.

Nachdem ich in dem Modell ein paar Parameter modifiziert habe (s. Kom-
mentare in THS4631-2.LIB), sieht das Ergebnis schon sehr viel besser aus
(s. Anhang). Auch der Bias-Strom beträgt jetzt nur noch — wie im Daten-
blatt angegeben — 50pA.

[ArnoR (Gast)]

> Nachdem ich in dem Modell ein paar Parameter modifiziert habe (s. Kom-
> mentare in THS4631-2.LIB), sieht das Ergebnis schon sehr viel besser aus

Ja, in der Tat. Vielen Dank für deine Mühe. Zumal das noch einer der 
wenigen OPV ist, die bei 0dB 60° Phasenreserve und damit rel wenig 
Überschwingen haben.