Problem mit OP: 30MHz, 20Vpp erzeugen

Lars Mueller wrote:

Analog sieht man ja bei Prozessoren, daß die schon auf 1.3V
runtergehen.

Das hat mit Operationsverstärkern nun aber wirklich gar nichts
zu tun!
Nein, UEBERHAUPT gar nicht. Bekanntlich ist ja voellig egal, ob
man 1GHz mit 20V Amplitude oder mit 0.1V Amplitude erzeugen will.

Ich fass das nicht...
 
Hallo Joerg,

Die Beschaltung ist, wie Uwe andeutete, meist nicht ganz resistiv. Neben
der Kapazitaet der Leiterbahn ist da auch noch die Eingangskapazitaet
der nachfolgenden Stufe.
In der eigentlichen Schaltung ist das tatsächlich der Fall. Die
Eingangskapazität des nachfolgenden Buffers ist ca. 8pF - bei 30MHz
sind das ca. 660 Ohm. Das führt natütlich zu einer größeren
Belastung des OP bei höheren Frequenzen, sollte aber eigentlich keine
so dramatischen Auswirkungen haben.
Tatsächlich treten die Probleme auch dann auf, wenn ich den Ausgang
des OP leer laufen lasse oder direkt über 18k auf Masse lege.

Als mögliche Problemursachen bleiben also noch die Kapazitäten im
Layout und die internen Kapazitäten des OP. Letztere sind mittlerweile
meine Hauptverdächtigen.

Gruß

Ilka
 
Rainer Ziegenbein spoke thusly:
Lars Mueller wrote:

Analog sieht man ja bei Prozessoren, daß die schon auf
1.3V runtergehen.

Das hat mit Operationsverstärkern nun aber wirklich gar
nichts zu tun!

Nein, UEBERHAUPT gar nicht. Bekanntlich ist ja voellig
egal, ob man 1GHz mit 20V Amplitude oder mit 0.1V Amplitude
erzeugen will.
Der *primäre* Grund im CPU-Bau dürfte in der Tat sein, daß die
kapazitiven Ladeströme mit zunehmender Frequenz immer größer
werden und daher die Abwärme der Prozessoren bei höheren
Spannungen (welche ja mehr Strom und quadratisch mehr Leistung
bedeuten) überhaupt nicht mehr in den Griff zu bekommen wäre.


Tschüs,

Sebastian

--
http://www.baumaschinen-modelle.net
http://www.schwerlast-rhein-main.de
 
Hallo Joerg,

Die Beschaltung ist, wie Uwe andeutete, meist nicht ganz resistiv. Neben
der Kapazitaet der Leiterbahn ist da auch noch die Eingangskapazitaet
der nachfolgenden Stufe.
In der eigentlichen Schaltung ist das tatsächlich der Fall. Die
Eingangskapazität des nachfolgenden Buffers ist ca. 8pF - bei 30MHz
sind das ca. 660 Ohm. Das führt natütlich zu einer größeren
Belastung des OP bei höheren Frequenzen, sollte aber eigentlich keine
so dramatischen Auswirkungen haben.
Tatsächlich treten die Probleme auch dann auf, wenn ich den Ausgang
des OP leer laufen lasse oder direkt über 18k auf Masse lege.

Als mögliche Problemursachen bleiben also noch die Kapazitäten im
Layout und die internen Kapazitäten des OP. Letztere sind mittlerweile
meine Hauptverdächtigen.

Gruß

Ilka
 
Hallo Dieter,

Dann liegt das Problem nicht da. Wie stehts denn mit der
Versorgungsspannung? Wie abgeblockt?
in unmittelbarer Nähe des OP sind beide Versorgungsspannungen (+/-11V)
mit je einem 10u Elko und einem 100nF Chipkondensator nach Masse hin
abgeblockt. Leider habe ich es beim Entwurf der Schaltung versäumt,
Widerstände in den Zuführungen für die Versorgungsspannungen
vorzusehen.
Hatte deswegen auch schon mal erwogen, ob der OP möglicherweise
schwingt. Konnte bislang jedoch keine konkreten Anzeichen dafür
finden.

Gruß

Ilka
 
Hallo Helmut,


Häng doch eine diskrete Ausgangsstufe Gain=4 dahinter.
In der Richtung habe ich auch schon überlegt. Wenn, dann würde ich
die - wenn möglich - gleich so entwerfen, dass der Ausgang dieser
Stufe an 50 Ohm angepasst ist und ich blos noch die halbe Spannung
erzeugen muß um meine 23dBm rauszubekommen. Ich hatte da an eine
Push/Pull-Transistorstufe gedacht, habe aber leider bislang keinerlei
Erfahrung was den Entwurf einer solchen Schaltung angeht. Sorgen machen
mir z.B. die Temperaturkompensation und meine hohen Anforderungen an
Linearität und Frequenzgang (50kHz ... 30MHz: < 1dB).
Aber wenn ich nicht zwischenzeitlich noch einen "Wunder-OP" finde, wird
es wahrscheinlich auf eine Lösung in der Richtung hinauslaufen.

Hast du einen Vorschlag, wie man so eine diskrete Ausgangsstufe
aufbauen könnte?
 
Hallo Ingolf,

Ich tippe auf eine Fehlanpassung am OP Ausgang. Bei Fehlanpassung und
hoeheren Frequenzen kann der Wellenwiderstand einer Leitung gegen Null
gehen. Damit faehrst Du diesen OP in den Kurzschluss.

Halte also waehrend Deiner Messungen die Leitungen am Ausgang so kurz
wie moeglich (weniger 3cm sollten reichen). Achte auch auf die
Lastkapaziateten. Schalte Deinen Tastkopf vom Oszi auf 10:1 oder 100:1.
Hab ich: 1:10. Sonst hätte mein Tastkopf überhaupt nicht die nötige
Bandbreite.

Aber zunächst einmal: Das Problem der hohen Stromaufnahme (und damit
verbundenen Erhitzung des IC) bei hohen Frequenzen und großem
Spannungshub tritt auch dann auf, wenn ich nicht mit einem Tastkopf in
der Schaltung messe.

Aber mal grundsätzlich: Bei 30MHz habe ich eine Freiraumwellenlänge
von 10m, die Wellenlänge auf der Leitung ist etwas kürzer. Dass sich
unter diesen Umständen die mehreren Megohm || 20pF auf einer
Leitungslänge zwischen Probe und Scope von ca. 1m in einen Kurzschluss
transformieren, kann ich mir eigentlich nicht vorstellen. (Mahl ehrlich
- wie lang sind deine Messleitungen, wenn du damit Probleme hast ;-)

Gruß

Ilka
 
Hallo Ilka,

Sorry! Knopf versehentlich zweimal gedrückt.
Wie hiess das in der Werbung frueher? Mit Mozilla waer' das nicht
passiert. Da verschwindet nach Druck des Knoepfchens das Schreibfenster.
Aber dafuer produziert mein Server manchmal Doppel-Postings. Ab und zu
verschluckt er auch mal einen Post oder die Antwort von anderen.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
 
Ilka Harders schrieb:

in unmittelbarer Nähe des OP sind beide Versorgungsspannungen (+/-11V)
mit je einem 10u Elko und einem 100nF Chipkondensator nach Masse hin
abgeblockt.
Sollte eigentlich tauglich sein. Sicherheitshalber würde ich aber noch
ins Datenblatt der 100nF Biester schauen.


Gruß Dieter
 
Hallo Joerg,

Sorry! Knopf versehentlich zweimal gedrückt.

Wie hiess das in der Werbung frueher? Mit Mozilla waer' das nicht
passiert. Da verschwindet nach Druck des Knoepfchens das Schreibfenster.
bekloppterweise schreibe ich momentan meine Postings online im
Webbrowser über Google Groups. News.dfn.cis.de hat nämlich vor kurzem
seinen kostenlosen Newsdienst eingestellt, was ich gestern in sofern
feststellte, als mein alter Account nicht mehr funktionierte. Google
Groups ist zwar ziemlich hakelig, aber auf die Schnelle besser als nix.
Ich suche allerdings auf längere Sicht wieder nach einem richtigen
Newsserver, so dass ich in Zukunft meine NG wieder offline mit meinem
News Client (Free Agent) lesen kann.
Welchen News Server verwendest du denn?

Gruß

Ilka
 
Ilka Harders schrieb:

News.dfn.cis.de hat nämlich vor kurzem
seinen kostenlosen Newsdienst eingestellt, was ich gestern in sofern
feststellte, als mein alter Account nicht mehr funktionierte.
[x] Du warst länger usenetabstinent.


Ich suche allerdings auf längere Sicht wieder nach einem richtigen
Newsserver, so dass ich in Zukunft meine NG wieder offline mit meinem
News Client (Free Agent) lesen kann.
http://dotsrc.org/usenet/

(Benutze ich zwar selbst nicht, soll aber tauglich sein, und kostenlos.)


Gruß Dieter
 
Sebastian Suchanek wrote:

Analog sieht man ja bei Prozessoren, daß die schon auf
1.3V runtergehen.

Das hat mit Operationsverstärkern nun aber wirklich gar
nichts zu tun!

Nein, UEBERHAUPT gar nicht. Bekanntlich ist ja voellig
egal, ob man 1GHz mit 20V Amplitude oder mit 0.1V Amplitude
erzeugen will.

Der *primäre* Grund im CPU-Bau dürfte in der Tat sein, daß die
kapazitiven Ladeströme mit zunehmender Frequenz immer größer
werden und daher die Abwärme der Prozessoren bei höheren
Spannungen (welche ja mehr Strom und quadratisch mehr Leistung
bedeuten) überhaupt nicht mehr in den Griff zu bekommen wäre.
Ja, eben.

Es gibt also sehr wohl einen Zusammenhang zwischen steigender
Transitfrequenz und sinkender Betriebsspannung, der technologisch
bedingt ist. Zum einen muss man die Verlustleistung in Grenzen
halten, zum anderen ist es schwierig, hohe Transitfrequenz und
hohe Betriebsspannung gleichzeitig zu realisieren. Da ist dann
wurscht, ob die Transistoren in einem Prozessor oder einem OPV
sitzen.
Deswegen fand ich Lars' Einwand so unqualifiziert.

Grusz,
Rainer
 
Sebastian Suchanek wrote:

Der *primäre* Grund im CPU-Bau dürfte in der Tat sein, daß die
kapazitiven Ladeströme mit zunehmender Frequenz immer größer
werden und daher die Abwärme der Prozessoren bei höheren
Spannungen (welche ja mehr Strom und quadratisch mehr Leistung
bedeuten) überhaupt nicht mehr in den Griff zu bekommen wäre.
Eben. Bei CPUs hat man eine gigantische Menge Transistoren und will
Strom sparen. Außerdem werden die Strukturen immer kleiner, sodaß sie
schon alleine deswegen immer weniger Spannung vertragen. Beim
Operationsverstärker hat man dagegen wenige Transistoren und will eine
hohe mögliche Ausgangsspannung. Zwei völlig verschiedene Situationen.

Gruß Lars
 
Ilka Harders wrote:

Als mögliche Problemursachen bleiben also noch die Kapazitäten im
Layout und die internen Kapazitäten des OP. Letztere sind mittlerweile
meine Hauptverdächtigen.
Wenn das so wäre,müßte sich dann im Dantenblatt nicht ein entsprechender
Hinweis finden, z.B. eine Kurve zur thermischen Belastung: Maximal
mögliche Ausgangsspannung vs. Frequenz bei verschiedenen
Gehäusetemperaturen?

Gruß Lars
 
Hallo Ilka,

Welchen News Server verwendest du denn?
Den von unserer Telefongesellschaft (SBC Pacific Bell). Frage mal bei
Deinem Provider, ob Usenet mit im Angebot ist. Meist ist es das und
kostet nicht extra. In der Werbung fuer das DSL Paket stand das
allerdings nicht drin, denn Usenet kennen viele gar nicht mehr.

Unser Server unterstuetzt sogar binaere Gruppen wie a.b.s.e., was den
Schaltbildaustausch erleichtert. Das tun sie aber nicht alle. Doch es
gibt ja auch Web Sites, mit denen man Photos oder Schaltbilder anzeigen
kann.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
 
Hallo Lars,

Als mögliche Problemursachen bleiben also noch die Kapazitäten im
Layout und die internen Kapazitäten des OP. Letztere sind mittlerweile
meine Hauptverdächtigen.


Wenn das so wäre,müßte sich dann im Dantenblatt ...

Dante? SCNR ;-)


... nicht ein entsprechender
Hinweis finden, z.B. eine Kurve zur thermischen Belastung: Maximal
mögliche Ausgangsspannung vs. Frequenz bei verschiedenen
Gehäusetemperaturen?
Soweit gehen Datenblaetter meist doch nicht. Die einzige Moeglichkeit,
so etwas halbwegs zu prognostizieren, waere ein moeglichst akkurates
Spice Modell zu besorgen und alles zu simlieren. Dann bekommt man die
Verlustleistung und kann ueber den thermischen Beiwert des Gehaueses die
Temperatur abschaetzen.

Die Kapazitaet der Ausgangsleiterbahn muss allerdings vorher gemessen
werden.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
 
Ilka Harders wrote:

Hallo NG,

ich habe Probleme mit einer OP-Schaltung, die ich in der Ausgangsstufe
eines Mittelwellen Signalgenerators einsetzen will.

Mit der Schaltung soll fĂźr ein Sinussignal von 50kHz ... 30MHz ein
Spannungshub von ca. 20Vpp erzeugt werden.
Von 50kHz ... 30MHz koennte vielleicht ein Trafo oder Balun funktionieren.
Es waere vielleicht leichter, eine kleinere Spannung mit mehr Strom (oder
gar mehrere Verstaerker) zu erzeugen und danach per Trafo umzuwandeln.
Wenn es bis 0Hz arbeiten muss, dann lieber ohne Trafo!

Dazu habe ich einen Current
Feedback OP vom Typ AD811 als invertierenden Verstärker (Au 5)
beschaltet. Die Versorgungsspannug des OP beträgt +/- 11V. Der Ausgang
des OP geht in der eigentlichen Schaltung auf den hochohmigen Eingang
eines Buffers, wurde jedoch zum Testen im Leerlauf betrieben bzw. Ăźber
18k nach Masse geschaltet.
Was sind die werte von den Widerstaende Rfb, Rg? Genau wie sieht die
Schaltung aus, und mit welche Bauteile (0603, 0805, PCB oder auf Blech)?

Bei 1MHz funktioniert die Schaltung im Prinzip gut. Das Signal ist bei
maximaler Aussteuerung nur geringfĂźgig verzerrt, was ich auf den
geringen Abstand zur Versorgungsspannung zurĂźckfĂźhre. Bei weiterer
ErhĂśhung des Eingangssignalpegels beginnt das Ausgangssignal zu
clippen, es tritt jedoch keine erhĂśhte Stromaufnahme auf. Kurz gesagt:
der OP verhält sich so, wie ich es erwarte.
Die Probleme beginnen bei hĂśheren Frequenzen (>10MHz). Bei 30MHz ist
es nicht mehr mĂśglich, den gewĂźnschten Spannungshub zu erzeugen. Ab
einer Ausgangsspannung von ca. 17Vpp beginnt der OP Strom zu ziehen und
wird heiß.
Wenn so viel Ausgangsspannung erzeugt werden muss, dann ist es vielleicht
besser mit +/-15V Versorgungsspannung zu probieren. Es kann vielleicht
sein, dass die Schaltungen innerhalb des Bausteins streben mit viel Strom
aber ohne Erfolg, weil es einfach nicht genug Spannung gibt. Allerdings
kann der -JR version nur +/-12V, aber der -AR und -AN kann +/-18V.
Zumindest wird es schneller.

Bei weiterer ErhĂśhung der Eingangsspannung nimmt die
Ausgangsspannung nicht mehr linear zu. Die Stromaufnahme nimmt jedoch
Ăźberproportional zu und mit dem Oszilloskop ist ein langsames -
offenbar temperaturbedingtes - unsymmetrisches "Schrumpfen" des
Ausgangssignals zu erkennen. Das Ausgangssignal ist nun leicht
verzerrt, jedoch clippt es nicht.
Ähnliche Probleme treten auch auf, wenn ich anstelle des AD811 einen
THS3061 verwende. Auch dieser arbeitet bei 1MHz zufriedenstellend. Bei
30MHz ist das Ausgangssignal bis zu einem Spannungshub von ca. 9,5Vpp
unverzerrt. Bei weiterer ErhĂśhung der Eingangsspannung bricht die
Ausgangsspannung schlagartig zusammen und die Stromaufnahme steigt noch
extremer an, als die des AD811.

Hier einige Ansätze, die ich bereits untersucht und (u.U.
fälschlicherweise?) verworfen habe:
- OP hat zu geringe Slew Rate: Der AD811 hat eine Slew Rate von ca.
2500V/us, was gerade so reichen sollte. der THS3061 hat eine Slew Rate
von ca. 7000V/us - das sollte aber wirklich genĂźgen.
- OP wird zu dicht an den Grenzen der Versorgungsspannung betrieben: Um
dies zu untersuchen habe ich den THS3061 testweise mit +/- 15V
Versorgungsspannung betrieben. Das Ergebnis war im Prinzip das gleiche,
wie oben beschrieben. Außerdem gab der OP nach Erhöhung des
Ausgangspegels Ăźber 9,5Vpp in kleines Rauchzeichen von sich - der ist
dann wohl hin :-(
Naja, TI...

- OP ist am Ausgang zu stark belastet: Die Probleme treten selbst dann
auf, wenn der Ausgang des OP nicht beschaltet ist.

Ich begreife einfach nicht, was da im OP passiert. Was ist die Ursache
des Problems? Kann mir da jemand auf die SprĂźnge helfen?
Habe ich Ăźberhaupt eine Chance, einen OP zu finden, der das mitmacht?

Paradoxerweise werfe ich etwa die Hälfte der Spannung, die ich mit
oben beschriebener Schaltung erzeuge hinter dem Buffer wieder in den
Spannungsabfalleimer. Der Buffer hat eine sehr niedrige
Ausgangsimpedanz, der Ausgang meines Signalgenerators muß jedoch auf
50 Ohm angepasst sein. Um das zu erreichen, habe ich zwischen den
Bufferausgang und den eigentlichen Ausgang meines Generators noch ca.
39R in Reihe geschaltet. Über dem 50 Ohm Lastwiderstand fällt somit
nur noch die hälfte der Spannung ab, die ich in der OP-Stufe mßhsam
erzeugt habe - Leistungsanpassung eben.
Moechtest Du, dass die Schaltung im Leerlauf 20Vpp erzeugen kann? Wenn ja,
muss der Verstaerker mindestens +/-10V sowieso machen koennen.

Wenn die Last immer da ist, kann es vielleicht besser gehen:
Zum Beispiel Fig.24 in:
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/4129285AD8390_c.pdf
oder Fig.37 in
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/235489003AD8392_a.pdf
Leider scheint es mir, dass die 8390, 8392 usw. zu langsam sind aber die
Schaltungen sind interessant.

Um diese "Verschwendung" zu vermeiden, Ăźberlege ich auch, ob eine
Schaltung, die von Hause aus mit 50 Ohm Ausgangsimpedanz daherkommt
eine bessere LÜsung wäre. Ich denke da in Richtung Transistor
Push/Pull-Stufe. Gibt's sowas eigentlich auch integriert?
Wie auch immer die Lösung aussieht - irgendwie muß ich 23dBm an 50
Ohm (50kHz ... 30MHz) aus meinem Generator rausbringen.

Bin dankbar fßr jegliche Erklärungsansätze fßr mein oben
beschriebenes Problem, wie auch fßr alternative LÜsungsvorschläge.

Gruß

Ilka
Wenn Du die Schaltungsplan von dem Wavetek 142 oder 143 Signalgenerator
finden kannst, drin steht eine diskrete Loesung. Es ist nicht leicht
nachzubauen, und es ist moeglich, dass die Transistoren nicht mehr
erhaeltlich sind.

Chris
 
Lars Mueller wrote:

Beim Operationsverstärker hat man dagegen wenige Transistoren
und will eine hohe mögliche Ausgangsspannung. Zwei völlig
verschiedene Situationen.
Dann zeige mir mal bitte den monolithischen OPV (gerne CFA),
der bei moderaten 300MHz (=0.3GHz) 20Vp-p liefern kann.

Und wenn Du ganz nett bist, kontrollierst Du mal meine Rechnung,
die besagt, dass bei 300MHz und 20Vp-p (=7V effektiv) je
Picofarad Lastkapazitaet 20mA Spitzenstrom flieszen.
 
horst-d.winzler wrote:
Ilka Harders schrieb:

Hast du mal den IC bei der von AD angegebenen niederohmigen Beschaltung
durchgemessen? Die Last liegt bei denen im hohen Frequenzbereich
durchweg bei unter 150_Ohm.
Denkbar wäre es, wenn bei hoher Frequenz und sehr großer Aussteuerung
die Ausgansgstufe? nicht schnell genug "umschaltet". Abhelfen könnte, je
nach interner Schaltung, eine niederohmige Last.
Rein spekulativ natürlich.
Das ist nicht falsch, aber dann sackt der Spannungshub zusammen.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
www.schellong.de www.schellong.com www.schellong.biz
http://www.schellong.de/c.htm
 

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