LM324 als Komparator in PWM-Schaltung

J

Jan Weber

Guest
Hallo zusammen.

Ich habe gerade auf dem Steckboard einen PWM-Signalgenerator aufgebaut, der
einen Sägezahn mittels eines LM324 mit einer Referenz vergleicht und so am
Ausgang des LM324 ein Signal mit variabler Pulsbreite bereitstellt. Die
Schaltung arbeitet mit einer Frequenz von 1 kHz. Der Ausgang ist unbelastet.
Ich verwende eine asymmetrische Betriebsspannung von 12 V.

Am Ausgang erscheint nun aber kein Rechteck, sondern so ein trapezförmiger
Signalverlauf, also ein Rechteck mit extrem langsamer Antsiegs- und
Abfallszeit. Das ist so aber nicht im Sinne des Erfinders. Ich habe mal zum
Spaß einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft es, wie
man es erwartet.

Klar, eigentlich sollte man eher einen "echten" Komparator für diese Aurgabe
verwenden, aber der letzte Opamp in dem Viererpack war noch frei.

Kann mir einer erklären, wie es zu diesem seltsamen Effekt kommen kann?

Danke für eure Zeit,

Jan
 
trapezförmiger Signalverlauf,
slew-rate limitation vgl Datenblatt.

einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft es,
wie man es erwartet.
Der wird auch schneller sein.

Für 12V Versorgung gibts viele geeignete Quads.
LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.

MfG JRD
 
| > trapezförmiger Signalverlauf,
| slew-rate limitation vgl Datenblatt.
|
| > einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft
es,
| > wie man es erwartet.
| Der wird auch schneller sein.
|
| Für 12V Versorgung gibts viele geeignete Quads.
| LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.

Aber mit dem 741er derivat wird er sicher auch nicht sooo glücklich
werden, gerade, wenn er Rechtecke sehen will, statt Trapeze.

Jan, streng genommen gibt es immer Trapeze, da kein OP unendlich
schnelle Anstiegszeiten liefern kann. Die Slew Rate gibt quasi das
Großsignalverhalten wieder während die Verstärkungsbandbreite die
Geschwindigkeit bei kleinen Signalen begrenzt. Die TL064 074 084 haben
die langsamen Typen vergangener Jahrzehnte weitgehend verdrängt und
sind so ziemlich die 0815 Typen geworden. Das ging so weit, dass wir
im Messpraktikum das Rauschen eines OPs (741) ermitteln sollten, dort
aber in der Werkstatt ein 071 eingesetzt wurde, nachdem der Orginale
kaputt war. Ich hab mich nur gewundert, dass fast alle ganz brav eine
Rauschspannung gemessen haben wollten, die der des 741er entsprach.
Ich hab mich geweigert und hab die Kiste aufgeschraubt und gewußt,
warum ich mit dem Aufbau kein Rauschen gemessen hatte ;-)

MArtin
 
Jan Weber <mr.crowley@gmx.de> schrieb im Beitrag <2k9qtmF196kr1U1@uni-berlin.de>...
Am Ausgang erscheint nun aber kein Rechteck, sondern so ein trapezförmiger
Kann mir einer erklären, wie es zu diesem seltsamen Effekt kommen kann?

Was du siehst, ist die Slew-Rate des OpAmp Ausgangs (im Datenblatt
mit V/us angegeben). Der 324 ist der allerbillgste und einfachste
OpAmp den es gibt. Er ist halt langsam.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
 
Rafael Deliano schrieb:
trapezförmiger Signalverlauf,
slew-rate limitation vgl Datenblatt.

einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft es,
wie man es erwartet.
Der wird auch schneller sein.

Für 12V Versorgung gibts viele geeignete Quads.
LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.
Wird TL0xx-Serie wird IMHO nicht als Komparator funktionieren,
wg. Phase Reversal bei "übersteuerten" Eingängen.

Jorgen
 
| LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.
Aber mit dem 741er derivat wird er sicher auch nicht sooo glücklich
Das kann stimmen: der LM324 hat die slewrate nicht angegeben
aber Bildchen im Anhang das auf 0,5V/usec hindeuted.
Der LM348 hat 0,5V/usec, der TL084 10V/usec.

Wenn man noch schnelleren nimmt sollte man bedenken, daß
die Schaltflanke auf die anderen OPs über die internen
Stromquellen übersprechen kann.

MfG JRD
 
Wird TL0xx-Serie wird IMHO nicht als Komparator funktionieren,
wg. Phase Reversal bei "übersteuerten" Eingängen.
Steht nichts drüber im Datenblatt und ich habe TL084 auf
Boards auch als Komparator. Allerdings bleiben da die
Signale im CMV-Bereich, was nahe 0V passiert weiss ich
nicht.

MfG JRD
 
Rafael Deliano schrieb:

Das kann stimmen: der LM324 hat die slewrate nicht angegeben
aber Bildchen im Anhang das auf 0,5V/usec hindeuted.
NSC gibt genau die 0,5V/us an.


Gruß Dieter
 
Jorgen Lund-Nielsen schrieb:

Wird TL0xx-Serie wird IMHO nicht als Komparator funktionieren,
wg. Phase Reversal bei "übersteuerten" Eingängen.
Phase Reversal passiert erst dann, wenn beide Eingänge außerhalb
des spezifizierten Bereichs liegen. Bei einem Komparator, bei
dem einer der Eingänge häufig auf festem (zulässigem) Potential
liegt, tritt auch bei einem solchen OP kein PR auf.
"Übersteuerung" als solche ist sogar generell unkritisch, es
dauert nur ggf. ziemlich lange, bis der OP-Ausgang sich wieder
vom "Anschlag" löst. Diese Zeiten sind i.A. nicht spezifiziert.

--
Dipl.-Ing. Tilmann Reh
Autometer GmbH Siegen - Elektronik nach Maß.
http://www.autometer.de
 
Martin Schönegg wrote:
| > trapezförmiger Signalverlauf,
| slew-rate limitation vgl Datenblatt.
|
| > einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft
es,
| > wie man es erwartet.
| Der wird auch schneller sein.
|
| Für 12V Versorgung gibts viele geeignete Quads.
| LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.

Aber mit dem 741er derivat wird er sicher auch nicht sooo glücklich
werden, gerade, wenn er Rechtecke sehen will, statt Trapeze.
324 ist kein 741 Derivat, der 324 ist voll single supply
geeignet und daher (eigenartigerweise immer noch) ein
wichtiger Standard-Opamp. Gemeinsam mit dem 741 ist nur
die schneckige slew rate von 0.5V/us.
Man kann allerdings den 339 als "total dekompensierten"
324 ansehen; etwa 10V/us, etwas abhängig vom Pullup.
Jan, streng genommen gibt es immer Trapeze, da kein OP unendlich
schnelle Anstiegszeiten liefern kann. Die Slew Rate gibt quasi das
Großsignalverhalten wieder während die Verstärkungsbandbreite die
Geschwindigkeit bei kleinen Signalen begrenzt. Die TL064 074 084 haben
die langsamen Typen vergangener Jahrzehnte weitgehend verdrängt und
sind so ziemlich die 0815 Typen geworden. Das ging so weit, dass wir
im Messpraktikum das Rauschen eines OPs (741) ermitteln sollten, dort
aber in der Werkstatt ein 071 eingesetzt wurde, nachdem der Orginale
kaputt war. Ich hab mich nur gewundert, dass fast alle ganz brav eine
Rauschspannung gemessen haben wollten, die der des 741er entsprach.
Ich hab mich geweigert und hab die Kiste aufgeschraubt und gewußt,
warum ich mit dem Aufbau kein Rauschen gemessen hatte ;-)
Wundert mich. Ich halte die 074 und Konsorten für ziemliche
Rauschgeneratoren. Die 074er Reihe eignet sich nicht
als 324er Ersatz, da sie nicht single supply geeignet sind.

Sicher sind FET-Opamps schneller. FETs haben eine geringere
Steilheit als BJTs bei gegebenem Strom, sodass man den
Strom in der Eingangsstufe hochschrauben kann. Dementsprechend
brauchen diese alste FET-Opamps auch Betriebsstrom.

Ein Komparator hat nebst fehlender Frequenzgangkorrektur
noch andere Unterschiede zum Opamp: Er ist auf grosse
Unterschiede der Eingangsspannungen ausgelegt. Das verkraften
nur wenige Opamps, 741 und 324 zufälligerweise. Andere haben
Schutzdioden, besonders Präzisions-Opamps a la 07. Die lassen
sich nicht Pin-Kompatibel zu Komparatoren einsetzen. Auch
viele FET-Opamps brauchen einen Schutzwiderstand selbst
bei Spannungsfolgerschaltungen. MOSFET, besonders ältere
wie CA3140, vertragen Komparatorbetrieb nicht, es setzt
bei Differenzspannung am Eingang eine Ionenwanderung im
Oxid ein, die den Offset versaut. Auch diese Opamps
haben Schutzdioden, allerdings 7V oder so was.
Opamps sind auf den linearen Betrieb ausgelegt, d.h.
Differenzspannung innerhalb einiger mV am Eingang.

--
mfg Rolf Bombach
 
Rafael Deliano <Rafael_Deliano@t-online.de> wrote in message news:<40E0217E.60F6162E@t-online.de>...
| LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.
Aber mit dem 741er derivat wird er sicher auch nicht sooo glücklich
Das kann stimmen: der LM324 hat die slewrate nicht angegeben
aber Bildchen im Anhang das auf 0,5V/usec hindeuted.
Der LM348 hat 0,5V/usec, der TL084 10V/usec.

Wenn man noch schnelleren nimmt sollte man bedenken, daß
die Schaltflanke auf die anderen OPs über die internen
Stromquellen übersprechen kann.

MfG JRD
Hallo Rafael,
leider hat sich der Jan in diesem Thread noch nicht wieder gemeldet,
wie gross denn seine Anstiegszeit wirklich war, aber für eine PWM
mit 1kHz sollten eigentlich auch 0,5V/ľsec reichen. Vielleicht hatte
er ja noch einen anderen Fehler in seiner Schaltung.
Gruss
Harald
 
Hallo Jorgen,

| Wird TL0xx-Serie wird IMHO nicht als Komparator funktionieren,
| wg. Phase Reversal bei "übersteuerten" Eingängen.

Nur wenn der Eingangsspannungsbereich überschritten wird. Das ist bei
einem Komparator nicht zwingend der Fall.

MArtin
 
Hallo Rolf,
| > | Für 12V Versorgung gibts viele geeignete Quads.
| > | LM348 ( = 741 ), TL084 werden alle etwas schneller sein.
| >
| > Aber mit dem 741er derivat wird er sicher auch nicht sooo
glücklich
| > werden, gerade, wenn er Rechtecke sehen will, statt Trapeze.
|
| 324 ist kein 741 Derivat, der 324 ist voll single supply

Wie Du unschwer lesen kannst bezog sich das 741 derivat auf den
vorgeschlagenen LM348. Dass der 324 seine schönen seiten hat ist mir
schon auch bekannt.

| Wundert mich. Ich halte die 074 und Konsorten für ziemliche
| Rauschgeneratoren.

Im Vergleich zu 741 sind die 071 rauschfrei ;-) Es gibt aber in der
Tat noch leisere Typen. Ich habe jedoch schon 07X derivate in nicht
billigen CD-Playern gefunden...Aber die müssen ja auch nur leiser als
das Laufwerksgeräusch sein ;-)

| Die 074er Reihe eignet sich nicht
| als 324er Ersatz, da sie nicht single supply geeignet sind.

So denn diese Eigenschaft erforderlich ist, stimme ich Dir voll und
ganz zu. Oft genug wurde der 324 aber einfach als 0815 4fach OP
eingesetzt.

| Sicher sind FET-Opamps schneller.

Deswegen sind die richtig schnellen OPs ja auch bipolar, nicht?

MArtin
 
Hallo Alle!

Danke an euch dafür, dass ihr euch hier so reichlich beteiligt habt!

In meinem Datenblatt vom LM324 stand die Slew Rate nicht drin, und so habe
ich sie nicht weiter beachtet. Aber es ist tatsächlich so: das gemessene
Signal steigt tatsächlich nur mit einer Steigung von 0,5 V/ľs an.

Gruß + danke nochmal,

Jan

"Jan Weber" <mr.crowley@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:2k9qtmF196kr1U1@uni-berlin.de...
Hallo zusammen.

Ich habe gerade auf dem Steckboard einen PWM-Signalgenerator aufgebaut,
der
einen Sägezahn mittels eines LM324 mit einer Referenz vergleicht und so am
Ausgang des LM324 ein Signal mit variabler Pulsbreite bereitstellt. Die
Schaltung arbeitet mit einer Frequenz von 1 kHz. Der Ausgang ist
unbelastet.
Ich verwende eine asymmetrische Betriebsspannung von 12 V.

Am Ausgang erscheint nun aber kein Rechteck, sondern so ein trapezförmiger
Signalverlauf, also ein Rechteck mit extrem langsamer Antsiegs- und
Abfallszeit. Das ist so aber nicht im Sinne des Erfinders. Ich habe mal
zum
Spaß einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft es,
wie
man es erwartet.

Klar, eigentlich sollte man eher einen "echten" Komparator für diese
Aurgabe
verwenden, aber der letzte Opamp in dem Viererpack war noch frei.

Kann mir einer erklären, wie es zu diesem seltsamen Effekt kommen kann?

Danke für eure Zeit,

Jan
 
Am Mon, 28 Jun 2004 09:11:30 +0200, meinte Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de>:

trapezförmiger Signalverlauf,
slew-rate limitation vgl Datenblatt.
einen anderen (pinkompatiblen) Opamp eingesetzt, und hier läuft es,
wie man es erwartet.
Der wird auch schneller sein.

Der 324 hat eine slewrate von 0,5V/us. Bei 12V und 1kHz sind es also
24us - das fällt bei 1 Khz, also einer Periodenzeit von 1ms - doch
kaum auf ...

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de
 
Am 28 Jun 2004 08:23:30 GMT, meinte "MaWin" <me@privacy.net>:

Am Ausgang erscheint nun aber kein Rechteck, sondern so ein trapezförmiger
Kann mir einer erklären, wie es zu diesem seltsamen Effekt kommen kann?
Was du siehst, ist die Slew-Rate des OpAmp Ausgangs (im Datenblatt
mit V/us angegeben). Der 324 ist der allerbillgste und einfachste
OpAmp den es gibt. Er ist halt langsam.
ich weiß, daß Du den 324 einfach nicht magst. Aber das
Standard-statement "zu geringe "slewrate" wird nicht generell dadurch
zutreffend, daß es manchmal paßt.
Wie bereits geschrieben sind dies hier 24us bei 1ms Periodenzeit. Das
ist nicht eben "so ein trapezförmiger
Signalverlauf, also ein Rechteck mit extrem langsamer Antsiegs- und
Abfallszeit" sondern nur ein Rechteck mit etwas schrägen Flanken.
Wobei diese 0,5V/us der worstcase sind - da ich oft den 324 einsetze
sehe ich seinen Ausgang oft genug auf dem Skop und stelle häufig fest,
daß er sooo schlecht überhaupt nicht. Stelle Dir das doch mal vor: 10
Kästchen auf dem Skop horizontal, Zeitbasis 1ms. Dann nimmt die
schräge Flanke von unten bis oben gerade mal 1/4 Kästchen Breite ein.
Aber wer weiß. vielleicht sieht der OP wirklich nur diese leicht
schrägen Flanken und hält sie für inakzeptabel. Damit muß er dann aber
leben.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de
 
Am Mon, 28 Jun 2004 22:20:26 +0200, meinte Rolf Bombach
<rolfnospambombach@bluewin.ch>:

324 ist kein 741 Derivat, der 324 ist voll single supply
geeignet und daher (eigenartigerweise immer noch) ein
wichtiger Standard-Opamp. Gemeinsam mit dem 741 ist nur
Jaaaa ...

Man kann allerdings den 339 als "total dekompensierten"
324 ansehen; etwa 10V/us, etwas abhängig vom Pullup.
Und gerade der Pullup, der oftmals wirklich stört, ist der Grund,
warum ich wo immer es geht beim 324 bleibe ... allen Anfeindungen zum
Trotz.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
D-65929 Frankfurt a.M. * Dalbergstraße 4
nospam@drkoenig.de [ersetze "nospam" durch "nginfo"] * www.drkoenig.de
 
RA Dr.M.Michael König <nospam@drkoenig.de> schrieb im Beitrag <4g23e0l5147ndbj1n4637toun5dmhcpigd@4ax.com>...

Wie bereits geschrieben sind dies hier 24us bei 1ms Periodenzeit. Das
ist nicht eben "so ein trapezförmiger Signalverlauf, also ein Rechteck
mit extrem langsamer Antsiegs- und Abfallszeit"
Tja, so ist das mit den Datenblaettern, das wesentliche steht nicht
drin, das erfaehrt man erst durch Ausprobieren.
Die slew-rate ist die MAXIMALE Slew-Rate bei voll uebersteuertem
Eingang, also massivem schlagartigen Wechsel von 0 nach +.
Wandert der Eingang langsam, so das nur wenige Mikrovolt, dann
Millivolt, und dann erst Volt Differenz anliegen, ist der OpAmp
viel langsamer. Das hat was mit der internen Verstaerkung (open
loop gain) zu tun, die beim 324 halt auch nicht so besonders ist.
Geringe (interne) Spannungsdifferenz laedt interne Kapazitaeten
halt viel langsamer um. Ich hab nichts gegen den LM324, er ist
spottbillig, aber man muss wissen wann er ausreicht.

Aber 24us bei 500us sind schon 5%, selbst das waere auffaellig.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
 
"RA Dr.M.Michael König" wrote:
Der 324 hat eine slewrate von 0,5V/us. Bei 12V und 1kHz sind es also
24us - das fällt bei 1 Khz, also einer Periodenzeit von 1ms - doch
kaum auf ...
Hallo Michael,

bei +-12 V dauert eine Flanke aber schon doppelt so lange so dass dann
bei 1 kHz schon ca. 10 % für Anstieg und Abfall benötigt werden - das
kann evtl. schon ein wenig auffallen weil das Auge Abweichungen vom
90°-Winkel gut wahrnehmen kann.

Gruss


Bernd Mayer
--
Frank Zappa: "There are human beings and there are Republicans."
 
Martin Schönegg wrote:
| Wundert mich. Ich halte die 074 und Konsorten für ziemliche
| Rauschgeneratoren.

Im Vergleich zu 741 sind die 071 rauschfrei ;-) Es gibt aber in der
Tat noch leisere Typen. Ich habe jedoch schon 07X derivate in nicht
billigen CD-Playern gefunden...Aber die müssen ja auch nur leiser als
das Laufwerksgeräusch sein ;-)
Aha, OK. Bin nie auf die perverse Idee gekommen, einen 741er
für Audio zu nehmen. Das ist ein Opamp und kein NF-Verstärker ;-).
Auch die 071ff nehm ich lieber nicht für Audio, rauscht immer
noch zu stark. Ich hatte sie mal in einem Signalverstärker,
und als Erfahrener schliesst man bei Gelegenheit nicht nur
den Oszi mal an sondern auch mal einen Kopfhörer. Erstaunlich,
was das Ohr alles sehen kann, was ein Oszi nicht hört ;-))).
War auch altmodische Filtertechnik, wo das Signal überall
durch die Opamps durchgeht, würde man heute mit Gyrator et al
anders machen.

| Die 074er Reihe eignet sich nicht
| als 324er Ersatz, da sie nicht single supply geeignet sind.

So denn diese Eigenschaft erforderlich ist, stimme ich Dir voll und
ganz zu. Oft genug wurde der 324 aber einfach als 0815 4fach OP
eingesetzt.
Wie ich schon sagte, die armen Opamps werden für alles
mögliche missbraucht, für das sie sich nun wirklich nicht
eignen. Gerade diese single supply low power haben oft
auch Klasse B Endstufe mit beträchtlichem "Totbereich",
das gibt Ärger bei langsamen Reglern und auch sonst,
wo Übernahmeverzerrungen unerwünscht sind. Mawin hat
ja schon darauf hingewiesen, unter 50mV (bei einfachen
BJT-Eingangsstufen) am Eingang nimmt die ohnehin lahme
slew-rate linear auf Null ab. 324 und so ist sicher
prima für geregelte Netzgeräte, sag ich ja auch nix.

| Sicher sind FET-Opamps schneller.

Deswegen sind die richtig schnellen OPs ja auch bipolar, nicht?
Ja sicher! ;-). Nun, mit 741, 324 usw reden wir hier ja
vom frühen Monolithikum. Da waren insbesondere die PNP-
Transistoren langsam und wenig verstärkend. Die dominant-
Pole Frequenzgangabwürgung musste dementsprechend rabiat
angesetzt werden, damit die Teile bei Einheitsverstärkung
nicht zu schwingen anfangen. Die schlechte Verträglichkeit
von kapazitiven Lasten geht auch teilweise auf das Konto
der PNP Transis in der Endstufe. Wollte man diese Opamps
schneller machen, half nur mehr Strom in der Eingangsstufe.
Da dann die Steilheit zunahm, musste man zusätzliche
Gegenkopplungswiderstände im Emitterkreis anbringen.
Allerdings nahm der Eingangsstrom trotzdem zu ;-). Naja,
da war der FET am Eingang die Multifliegenklappe. Die
Verwendung von FETs in der Endstufe (LF356) war ebenfalls
reichlich genial.
Dass die Firma, die den 741er erfunden hatte, den FET-
Typen nicht gebacken gekriegt haben, ist eine andere
Geschichte.
Andere Methoden waren Feedforward (LM318), oder
Current-Feedback. Letztere sind eigentlich deswegen
schneller, weil man wie bei den FETs weiter
am Eingang aussteuern kann.
Heute hat man mit Vertikalintegration, Plasmaätzen und
Trenchisolierung, welche 8 GHz PNPs erlaubt, gewisse
Probleme nicht mehr. Die Emittergegenkopplung hat
sich eine Zeit lang auch bis in die vertikalintegrierten
Chips fortgesetzt; die LM6161ff fand ich ganz lustig,
scheinen leider abgekündigt.

--
mfg Rolf Bombach
 

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