Hallo, ich möchte mit einem Operationsverstärker (TL072) ein Sinussignal mit 1Vss auf 5Vss verstärken und einen Offset von 2.5V hinzufügen. Zunächst wollte ich die Slew Rate des Operationsverstärkers messen. Laut Datenblatt (min. 8V/µs, typ. 13V/µs) sollte der TL072 dies noch schaffen. Um die Werte aus dem Datenblatt zu überprüfen habe ich mit einem Attiny13 ein Rechtecksignal mit ca. 300kHz erzeugt und dieses an den als invertierenden Verstärker beschalteten OPV gelegt. Das Angehängte Bild zeigt das Ausgangssignal des OPV's. Es ergibt sich eine Slew Rate von ca. 9V/µs. Die Spannungsspitzen auf dem Bild kann ich mir allerdings nicht erklären. Ich hätte ein Trapez oder ein leichtes Überschwingen erwartet, aber woher kommen die Spannungsspitzen auf dem Bild? Nun zur Offsetspannung: Immer wieder sieht man die Schaltung eines invertierenden Verstärkers bei dem die Offsetspannung über ein Potentiometer am + Eingang eingestellt wird. In folgendem Beitrag Beitrag "Re: Offsetspannung OPV-schaltung eliminieren" wird erwähnt, dass diese Schaltung im "mV Bereich" eingesetzt werden kann. Interpretiere ich das jetzt richtig, dass dies heist ich kann den Offset mit einer Genauigkeit im mV-Bereich einstellen? Oder ist damit gemeint dass der Offset im mV-Bereich liegen sollte?
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much schrieb: > woher kommen die Spannungsspitzen auf dem Bild Durch die zu schnellen Flanken wird der OPV überfordert, das Ausgangssignal kann nicht so schnell steigen/fallen wie nötig -> die Gegenkopplung funktioniert nicht -> die Eingangsstufe wird total übersteuert und vom Signal "übergangen" -> die Ausgangsstufe wird direkt etwas angesteuert (daher die Fortsetzung der Flanken von den Spitzenwerten). Da du einen inv. Verstärker hast, kannst du einen beliebigen Offset ganz einfach durch hinzufügen eines Widerstandes vom Summierpunkt zu einer Referenzspannung erzeugen.
much schrieb: > Es ergibt sich eine > Slew Rate von ca. 9V/µs. Das wird ein Gemisch aus der echten typ. Slewrate, und der Bandbreite des OPs sein. Also eigentlich noch sehr gut. Da die Spikes erheblich schneller sind als 9V/us, muss es ein anderer Effekt sein, also das kommt ziemlich sicher nicht vom OP. Koppelt der Eingang irgendwie kapazitiv zum Ausgang durch? Oder stimmt was nicht mit der Masse? Dein Rechteck erscheint quasi wieder am Ausgang, und zwar so lange, bis der OP wieder gegensteuern kann...
much schrieb: > ein Rechtecksignal mit ca. 300kHz erzeugt und dieses an > den als invertierenden Verstärker beschalteten OPV gelegt Und genau dieses Rechteck schlägt direkt zum Ausgang durch, unabhängig vom OP. Dazu genügen ja nach weiterer Beschaltung kleinste Kapazitäten.
Uwe S. schrieb: > Und genau dieses Rechteck schlägt direkt zum Ausgang durch, unabhängig > vom OP. Dazu genügen ja nach weiterer Beschaltung kleinste Kapazitäten. Nö. Denn diese Kapazitäten bilden mit der Tastkopfkapazität einen Spannungsteiler. Wenn man mal 0,5pF Durchkoppelkapazität und 10pF Tastkopfkapazität annimmt, dann dürfte am Ausgang nur 1/20tel des Einganssprunges zu sehen sein. Das würde bedeuten, dass der Kanditat 60Vss an den Eingang gelegt hat.
Uwe S. schrieb: > Koppelt der > Eingang irgendwie kapazitiv zum Ausgang durch? Oder stimmt was nicht mit > der Masse? Uwe S. schrieb: > Und genau dieses Rechteck schlägt direkt zum Ausgang durch, unabhängig > vom OP. Dazu genügen ja nach weiterer Beschaltung kleinste Kapazitäten. Dass der Effekt von irgendwelchen Kapazitäten kommt klingt einleuchtend. Der Tastkopf des Oszilloskopes war abgeglichen. Wenn ich die Verbindung zwischen µC und OPV trenne habe ich ein sauberes Rechtecksignal am Ausgang des µC. Wird der Ausgang mit dem invertierenden Verstärker verbunden schaut der Rechteck am µC-Pin aus wie ein überkompensiertes Rechtecksingal. Es liegt also nicht an den internen Kapazitäten im OPV? ArnoR schrieb: > Da du einen inv. Verstärker hast, kannst du einen beliebigen Offset ganz > einfach durch hinzufügen eines Widerstandes vom Summierpunkt zu einer > Referenzspannung erzeugen. Ich kann also die verlinkte Schaltung mit dem Poti am positiven Eingang des Operationsversärkers verwenden oder muss ich bzgl. der Referenzspannung noch etwas beachten (Innenwiderstand?)? Die Genauigkeit der Offsetspannung ist nicht besonders kritisch.
much schrieb: > Ich kann also die verlinkte Schaltung mit dem Poti am positiven Eingang > des Operationsversärkers verwenden Die kannst du auch verwenden, allerdings hatte ich die nicht gemeint. Der Summierpunkt ist der inv. Eingang des OPV. Von dort einfach einen passenden Widerstand nach +Vcc oder -Vcc, je nach Offset-Wunsch.
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Uwe S. schrieb: > also das kommt ziemlich sicher nicht vom OP. Hätte ich auch gedacht, bin mir aber inzwischen nicht mehr so sicher. Denn der Effekt wird auch in der Simu (ohne externe Kopplungspfade) bestätigt. Sicher koppelt da was durch, aber wohl innerhalb des OPV, nicht "außenrum". Die kräftigen Überschwinger zeigen sich nur beim Inv-Verstärker, nicht beim Spannungsfolger. Und der Effekt ist stärker bei kleinen Widerständen/großen Strömen. Aber das kann ja mit der tatsächlichen Situation bei much übereinstimmen.
Schau dir mal die Ströme in den Eingängen an. Bei deinen Spannungsfolger sind diese nicht begrenzt.
Achim S. schrieb: > Aber das kann ja mit der tatsächlichen > Situation bei much übereinstimmen. Ich verwende 22k Widerstände für den Invertierenden Verstärker (Verstärkung = 1). Der Aufbau ist ganz bestimmt nicht optimal, da die Schaltung nur auf dem Steckbrett aufgebaut wurde. Die Betriebsspannungen des Operationsverstärkers sind mit 100nF dicht am Versorgungspin gebuffert.
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Hab jetzt mal den Impedanzwandler aufgebaut um mit der Simulation von Achim S. zu vergleichen.
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Nachtaktiver schrieb: > Schau dir mal die Ströme in den Eingängen an. Bei deinen Spannungsfolger > sind diese nicht begrenzt. Liegen in der Simu bei 45pA, und die Peaks beim Umschalten sind in beiden Fällen im einstelligen pA-Bereich. much schrieb: > Ich verwende 22k Widerstände für den Invertierenden Verstärker bei 22k sieht man in der Simu nichts mehr vom Übersprechen.
OK, der TL072 ist ja nun nicht gerade ein moderner OP. Aber daß der solche Kapazitäten hat, ist ja ein Ding. Hätte da eher an eine externe Kapazität gedacht, z.B. weil alles auf Steckboard aufgebaut ist oder so...da wirklich nur pF benötigt würden, wäre das immer noch vorstellbar.
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Das hat nix mit Kapazitäten zu tun. Da der OPV als invertierender Verstärker benutzt wird, hängt das Eingangssignal direkt am Gegenkopplungsnetzwerk. Und über dieses geht des Einganssignal unter Umgehung des OPV auf dessen Ausgang. Da der OPV vergleichsweise träge ist, regelt er das nicht sofort aus, und damit ist die Spitze zu sehen (und deswegen klappt sogar die Simulation dieser Peaks).
Tja: die Erklärung ist so wahr (und eigentlich auch so naheliegend). Ich gehe mich eine Runde schämen, weil ich nicht selbst drauf gekommen bin ;-)
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Ich denke nicht, dass diese Erklärung stimmt, denn die sich daraus ergebenden Pulsformen passen nicht zum Oszillogramm ganz oben. Der Tiefpass aus der Beschaltung und der Tastkopfkapazität ergibt viel langsamere Flanken als oben gezeigt. Außerdem müsste der OPV dann einen für die Flanken wirksamen Ausgangswiderstand von 22k haben. Die 10pF sind noch optimistisch, zumal weil da keine Streukapazität und keine Ausgangskapazität des OPV berücksichtigt sind.
Vielleicht kommt noch ein Masseführungsproblem hinzu. Oder Tastkopfmasse nicht direkt am OPV angeschlossen. Jedenfalls sind diese Durchschläge übers Rückkopplungsnetzwerk nicht ganz unbekannt, wenn der OPV mit zu steilen Flanken überrascht wird.
ArnoR schrieb: > Ich denke nicht, dass diese Erklärung stimmt Die stimmt ja auch nicht. Allein schon, weil der OP-Ausgang zwar träge, aber dennoch an jedem Punkt laständerungsstabil ist. Niemals gibt es dort durch resistive Effekte einen Spannungssprung in Höhe der vollen Eingangsspannung. Ausnahme: der OP ist ausgangsseitig schon voll ausgesteuert. Dann ist der Ausgang für höhere Spannungen in diese Richtungen hochohmig. @much: welche Spannungen nutzt du denn an den Rails? Der TL072 ist kein RRO.
Das Problem mit der Spitze bei der Erstmessung kann man wie bereits kommentiert dadurch vermeiden, in dem man keinen invertierenden Verstärker nimmt. Man baut einen Spannungsfolger auf und steuert ihn mit einem schnellen Impuls an und misst die Anstiegszeit am Ausgang. Dann gibt es das erwartete Bild mit geringem Übersteuern.
@ Uwe S. (regionalligator) >ArnoR schrieb: >> Ich denke nicht, dass diese Erklärung stimmt >Die stimmt ja auch nicht. Allein schon, weil der OP-Ausgang zwar träge, >aber dennoch an jedem Punkt laständerungsstabil ist. Niemals gibt es >dort durch resistive Effekte einen Spannungssprung in Höhe der vollen Und Du meinst, der OPV hält sich an Dein "niemals"? Der ist nur laststabil, solange er der Änderung folgen kann. Und das kann er mit zunehmender Frequenz immer schlechter. Nach den Ausführungen von ArnoR könnten da aber noch andere Effekte mitwirken, da die Anstiegszeit offensichtlich nicht nur reinweg durch das Gegenkopplungsnetzwerk erklärt werden kann. Also kapazitive Einkopplungen, schlechte Masseführung, ... Unser TO könnte ja mal testweise das Rechteck über 22k (bzw. 44k) direkt auf den OPV-Ausgang einspeisen, und das Ausgangsverhalten beobachten.
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Uwe S. schrieb: > @much: welche Spannungen nutzt du denn an den Rails? Der TL072 ist kein > RRO. Der OPV wird mit +-15V versorgt. Der µC der das Rechtecksignal erzeugt wird mit 5V versorgt. Die Verstärkung beträgt ja -1. Es geht sich also aus ohne dass der OPV in die Nähe der Rails kommt. Jens G. schrieb: > Vielleicht kommt noch ein Masseführungsproblem hinzu. Oder Tastkopfmasse > nicht direkt am OPV angeschlossen. Der Aufbau ist wie gesagt auf dem Steckbrett. Die Masse des Tastkopfes ist über die Kroko-Klemme des Tastkopfes angeschlossen. An sich auch nicht optimal. ich hatte gedacht. für die 300kHz reichts noch. Jens G. schrieb: > Unser TO könnte ja mal testweise das Rechteck über 22k (bzw. 44k) direkt > auf den OPV-Ausgang einspeisen, und das Ausgangsverhalten beobachten. Bin mir nicht ganz sicher wie du das meinst. Ausgangssinal des µC über 44kOhm auf den Ausgangspin des OPV und die Eingänge offen lassen?
>Bin mir nicht ganz sicher wie du das meinst. Ausgangssinal des µC über >44kOhm auf den Ausgangspin des OPV und die Eingänge offen lassen? Die Eingänge ganz normal beschalten, also mit Rückkopplung, wie Du sie schon hattest, so daß am Ausgang 0V Ruhepegel wird. Dann einfach via R das Rechteck vom µC auf den Ausgang geben, und schauen. Ist einfach nur ein Test, um zu sehen, ob und wie der OPV die (Stör-)Flanken an seinem Ausgang unterdrückt.
Jens G. schrieb: >>Die stimmt ja auch nicht. Allein schon, weil der OP-Ausgang zwar träge, >>aber dennoch an jedem Punkt laständerungsstabil ist. Niemals gibt es >>dort durch resistive Effekte einen Spannungssprung in Höhe der vollen > > Und Du meinst, der OPV hält sich an Dein "niemals"? > > Der ist nur laststabil, solange er der Änderung folgen kann. Das glaube ich nicht. Wäre vielleicht bei einem diskret aufgebautem OP noch so. Halbwegs moderne OPs haben in der Ausgangsstufe hochverstärkende Spannungsfolger. Die Spannung, die intern gerade ausgegeben wird, bleibt am Ausgang auch unter sehr schnell wechselnder Last bestehen. Solange man mit der Last im normalen Rahmen bleibt, versteht sich. Aber es ist ja eh nicht der Rede wert, denn der Spannungssprung hat ja ca. die Höhe der Eingangsspannung. Viel zu viel für irgendwas resistiv Verursachtes.
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