OpAmp bis 0V aussteuern, neg. Versorgung oder Pull-Down am Ausgang? Einfluss asym. Versorgung?

[Dan M. (Gast)]

Hallo,

ich möchte einen OpAmp an 3,3V als Spannungsfolger für eine 
Eingangsspannung von 0 bis 2,5V einsetzen.

Da man durch den Voltage Output Swing nur maximal bis einige zehn mV an 
die Rails kommt (in dem Fall GND, je nach Last) hatte ich überlegt, mit 
einem Charge Pump Inverter eine negative Spannung zu generieren, um den 
Ausgang des OpAmp auf 0V zu kriegen.

Meine ursprüngliche Idee wäre gewesen, mit einem entsprechenden IC -3,3V 
zu erzeugen und den OpAmp dann mit +-3,3V zu versorgen. Damit müsste der 
Ausgang bei 0V Eingang ja eigentlich auf 0V kommen können.

Jetzt bin ich aber auch auf Schaltungen gestoßen, bei denen der OpAmp 
nur mit einer positiven Spannung versorgt wird und der Ausgang mit einem 
Pull-Down Widerstand auf eine negative Spannung gezogen wird, siehe zum 
Beispiel:

http://www.ti.com/lit/ug/tidu018/tidu018.pdf


Würden beide Varianten funktionieren und ist eine besser als die andere?

Dann hätte ich noch zwei Fragen zu OpAmps:
Hat es einen Einfluss auf die Eigenschaften eines OpAmp, wenn man diese 
mit einer asymmetrischen Spannung (etwa +3,3V und -1,7V) versorgt, 
abgesehen von den dann entsprechenden Bezugswerten für Vcm und den 
Output Swing?

Funktionieren sollte er ja trotzdem, so lange die Spannungsdifferenz im 
Bereich der Versorgungsspannung liegt.


Und bei den Tabellen in den Datenblättern steht immer sowas wie:
"at TA = 25°C, RL = 10 kΩ connected to mid-supply, and VCM = VOUT = 
mid-supply (unless otherwise noted)"


Wenn ich z.B. als Versorgung +5V und 0V habe, wäre VCM=Vout=mid-supply 
dann 2,5V? Wie kann man sich das "RL connected to mid-supply" als 
Schaltung vorstellen? Würde ich die Last nicht im Normalfall gegen meine 
0V schalten, wenn diese auch GND für den Rest der Schaltung darstellen?


Danke für eure Antworten und einen schönen Tag.

Schöne Grüße

[nachtmix (Gast)]

Dan M. schrieb:
> Da man durch den Voltage Output Swing nur maximal bis einige zehn mV an
> die Rails kommt

Kann es sein, dass du die falschen Opamps verwendest?

Dan M. schrieb:
> Hat es einen Einfluss auf die Eigenschaften eines OpAmp, wenn man diese
> mit einer asymmetrischen Spannung (etwa +3,3V und -1,7V) versorgt,
> abgesehen von den dann entsprechenden Bezugswerten für Vcm und den
> Output Swing?

Kommt auf den Typ an. Nicht jeder funktioniert mit so niedrigen 
Spannungen.
Das Datenblatt verrät die Details.

Dan M. schrieb:
> Wenn ich z.B. als Versorgung +5V und 0V habe, wäre VCM=Vout=mid-supply
> dann 2,5V?

Ja, aber werde mal konkreter und sag, was du machen willst, nicht wie.

[Wolfgang (Gast)]

nachtmix schrieb:
> Kann es sein, dass du die falschen Opamps verwendest?

Dann erzähl mal, wie du exakt an die 0V rankommen willst.

Kann es sein, dass der Ausgang eines realen OP einen RDS_on besitzt und 
die minimale Ausgangsspannung vom fließenden Strom (und damit von der 
Last) abhängt?

Wenn du was besseres hast, mach mal einen konkreten Vorschlag.

[dödel (Gast)]

Wenn du die negative Spannung schon hast, kannst du sie doch auch im 
klassischen Sinn verwenden? Warum dann pulldown R?

[Olaf (Gast)]

> nur mit einer positiven Spannung versorgt wird und der Ausgang mit einem
> Pull-Down Widerstand auf eine negative Spannung gezogen wird, siehe zum
> Beispiel

Du erreichst damit genau 0.00000000V bei unendlich kleinem Widerstand. 
:-)
Es kann aber sein das du mit einer sehr kleinen Abweichung leben kannst 
und es dann einen Widerstand gibt der geeignet ist. Das musst du selber 
wissen.

> mit einer asymmetrischen Spannung (etwa +3,3V und -1,7V) versorgt,
> abgesehen von den dann entsprechenden Bezugswerten für Vcm und den
> Output Swing?

Kein Problem. Du kannst einen R2R OP mit -0.1V versorgen um dein Ziel zu 
erreichen. Allerdings muss die Qualitaet der Spannungen stimmen und wenn 
du sie irgendwo her holst frag die wie sie beim einschalten hochkommen 
und ob deine Schaltung damit klar kommt.

> Wenn ich z.B. als Versorgung +5V und 0V habe, wäre VCM=Vout=mid-supply
> dann 2,5V? Wie kann man sich das "RL connected to mid-supply" als
> Schaltung vorstellen? Würde ich die Last nicht im Normalfall gegen meine
> 0V schalten, wenn diese auch GND für den Rest der Schaltung darstellen?

Das Gelaber versteh ich nicht. Rede vernuenftig deutsch oder English 
oder mache ein Schaltbild.

> Kann es sein, dass du die falschen Opamps verwendest?

Noe, er hat nur das Datenblatt eine R2R OPs komplett gelesen. Viele 
Leute hoeren leider auf sobald sie R2R gelesen haben.

Olaf

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Wolfgang schrieb:
> Dann erzähl mal, wie du exakt an die 0V rankommen willst.
Ich würde dem TO den Satz ein wenig umgestellt als Frage anbieten:
Dann erzähl mal, wie exakt du an die 0V rankommen willst. Und warum.

> mach mal einen konkreten Vorschlag.
Wofür könnte man denn einen Vorschlag machen? Ich sehe im ersten Post 
keine Anforderungen zur Last oder sonstwas...

Dan M. schrieb:
> Damit müsste der Ausgang bei 0V Eingang ja eigentlich auf 0V kommen können.
Der OP alleine kommt für die allermeisten Fälle schon ausreichend weit 
an die 0V. Warum ist dein spezieller Fall hier wesentlich anders? Was 
willst du denn in welcher Beschaltung überhaupt erreichen? Warum stören 
dich die verbleibenden 4,9mV, die bei der "traditionellen" Beschaltung 
mit dem zusätzlichen Pulldown erreicht werden?

> Wenn ich z.B. als Versorgung +5V und 0V habe, wäre VCM=Vout=mid-supply
> dann 2,5V?
Nein. Denn deine aus 5V/2 lediglich berechnete Spannung mit 2,5V kann 
ja keinen Strom aufnehmen oder abgeben. Ein "Supply" kann aber im 
Prinzip beliebig viel Strom aufnehmen oder abgeben. Deshalb ist es ja 
ein "Supply" und nicht nur eine "Voltage"...

[John D. (Gast)]

Wir hatten ein ähnliches Thema in meiner alten Firma. Ein Sensor-IC mit 
einem Standard 0-5V Analogausgang wurde entworfen und gefertigt. Danach 
wurde eine neue Anwendung mit hoher Auflösung bei kleinen Signalen 
gewünscht. Dafür war die Ausgangsstufe nicht geeignet - so wie beim TE 
auch.

Unsere Lösung: Eine neue Applikationsschaltung mit zwei zusätzlichen 
Widerständen und einem Fotodioden-Optokoppler. Die OK-LED wurde mit 
(bspw.) 20mA versorgt. FD-Anode auf Masse und FD-Kathode mit 
Serienwiderstand an den Analogausgang. Das half der Ausgangsstufe, auf 
"exakt" 0V zu kommen.

Im Anhang eine Simulation - leider habe ich in meiner Library nur 
Fototransistor-OK. Das funktionert aber auch.

Die Dimensionierung des Serienwiderstands war für uns einfach, da wir 
die Ausgangsstufe kannten. Der TE müsste da ein bisschen probieren.

[Wolfgang (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Wofür könnte man denn einen Vorschlag machen? Ich sehe im ersten Post
> keine Anforderungen zur Last oder sonstwas...

Wenn man keine Last am Ausgang hat, kann man sich den OP sparen ;-)