Spannungsanstieg im unteren Spannungsbereich bei OPs

Hallo Community,

ich plane, wie vielleicht einige schon wissen, an einer Optokopplerkarte, die auch Analogsignale überträgt. Für diese Übertragung habe ich mir den IL300 Analogoptokoppler gewählt. Beim ersten Aufbau am Steckbrett habe ich festgestellt, dass die Schaltung im unteren Bereich (unter ca. 1-1,5V nicht gemessen) falsch reagiert, da die Ausgangsspannung plötzlich auf die Versorgungsspannung angestiegen ist.
Ich bin auf den OP gekommen. Dieser war ein alter Typ LM741. Diesen hatte ich gegen einen TL082 (auch nicht der Neueste) getauscht. Da trat der gleiche Fehler auf. Hier ist eine Messung am TL082 als Spannungsfolger. Die gelbe Linie ist die Eingangsspannung. Einstellen kann ich die Spannung mit einem 5k7 Poti, dass zwischen +15V und 0V angeschlossen ist. Versorgt wird die Schaltung mit +15V. Das der TL082 im oberen Bereich nicht ganz aussteuern kann weiß ich (die Differenz zwischen blauer und gelber Linie). Was mich aber stört ist der plötzliche Spannungsanstieg im unteren Bereich. Ist das normal oder sind die OPs defekt.

Die Schaltung werde ich demnächst (wenn die Adapter da sind) mit einem OPA2830 bzw OPA4830 (beide von TI als Sample bestellt) testen. Wenn das nicht funktioniert werde ich mit einem Spannungswandler z.B. DCP022415 von TI (habe ich auch als Sample) versuchen.

Nocheinmal die Erklärung des Bildes:
Gelb => Eingangsspannung 0-15V
Blau => Ausgangsspannung
Versorgung der Schaltung mit +15V

MfG Hannes

Hallo 021aet04!

Ich kann dir sicher nicht helfen, nur sagen, dass für "normale" OP's mit nur einer positiven Versorgungsspanung die Signale "normal" sind. Früher hat man kleine negative s.g. Hifsspannung benutzt um auf Null (GND) kommen zu können. Heute gibt es s.g. "rail-to-rail" OP's mit denen ich aber keine praktische Erfahrung habe. :(

Danke für die Antwort. Das es R2R OPs gibt weiß ich. Der OPA2830, den ich als Sample habe ist ein Dual R2R OP. Der OPA4830 ist der Gleiche OP nur als Quad-Ausführung. Was mich stutzig macht ist der Spannungsanstieg. Ich habe bisher eigentlich gedacht das ein OP so reagiert wie im oberen Bereich, dass z.B. unter 1,5V die Ausgangsspannung 1,5V bleibt.

PS: Ich kann nur empfehlen bei TI Samples zu bestellen. Die Samples, die ich aktuell bestellt habe sind in 2-3 Tagen bei mir gewesen. Es gibt auch Netzteilmodule (z.B. ein 30W Modul für Eingangsspannungen von 18-60VDC). Einen Brushlesscontroller und einen DC-Motorcontroller, den man als Servocontroller nutzen kann habe ich u.A. auch bestellt. Versand ist kostenlos.

Danke für die Antwort.

MfG Hannes

Hallo,
dieser Effekt wird als "Phase Reversal" bezeichnet und kann bei OpAmps mit einfacher Versorgungsspannung auftreten wenn sich die Eingangsspannung in der Nähe der Versorgung befindet.
Details im Tietze-Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik (13.Auflage) S.526
Grüße, Bernhard

Es hängt vom OP Typ ab ob Phase-reversal auftritt. Bei neueren Typen tritt der Effekt eher nicht auf, der alte TL082 und verwandte ist ein bekannter Kandidat für den Effekt. Bei Rail -Rail Typen hat man den Effekt in der Regel nicht, weil der erlaubte Gleichtaktbereich bis zu den Grenzen der Versorgung und oft sogar ein kleines bisschen darüber hinaus geht. Bei den Datenblättern hat man leider das kleine Problem, dass da meist nicht explizit erwähnt wird dass Phase Reversal auftritt, und wenn, dann eher versteckt. Die negativen Punkte werden halt nicht so herausgestellt.

Danke Bernhard und Besserwessi für die Antworten. Jetzt weiß ich das auch. Hatte zwar Elektronik, aber über solche Effekte haben wir nichts gelernt, da der Schwerpunkt eher auf Elektroinstallation gelegen hat. In Elektronik haben wir viel Allgemeines gelernt (von einfachen Bauteilen wie Diode bis zu Leistungselektronik, aber auch Programmieren in C für AVR,...) Wir sind aber nie ins Detail gegangen.

MfG Hannes

wenn dich SMD nicht stört kann cih dir den AD8646 ans herz legen, der ist verhältnismäßig günstig, arbeitet auch bei 5V zuverlässig und macht bis auf 0.1V rail to rail, es gibt noch einen anderen, etwas teurer aber der hat ne deutlich bessere slew rate als der 8646 ... muss nur nochmal nach dem typ suchen, der liegt auf arbeit ^^

Danke für den Tipp. Ich habe schon den OPA2830 im SOIC 8-Gehäuse und den OPA4830 im TSSOP 14-Gehäuse (jeweils 5 Stk). Kosten: 0Euro da als Sample bestellt. Ich brauche es nur für die Optokopplerkarte und für weitere Experimente. Ich werde von jedem Typ 2Stk auf Adapterplatinen löten, damit ich diese am Steckbrett verwenden kann.

MfG Hannes

Hallo!

Wenn du aber fast perfekte Linearität um Null Ein- und Ausgangspannung brauchst, kommst du sicher, sogar bei "rail-to-rail" OPV's, ohne negativer Versorgungsspannung nicht aus. :(

Ich will den Spannungsbereich von 0V bis +10V abdecken, wobei ich eher nicht bis 0V gehen werde, da die Spindel dafür nicht ausgelegt ist und keine Leistung mehr hat. Am Analogeingang weiß ich noch nicht genau was ich anschließe. Es wird aber vermutlich die tatsächliche Spindeldrehzahl sein. Ich werde es einmal Probehalber am Steckbrett testen und wenn nötig eine negative Hilfsspannung einplanen (+-12 oder 15V).
Aber das DB vom OPAx830 sieht nicht schlecht aus. Wenn ich mich nicht verlesen habe 0,09 bzw 0,21V typ. bei 1k bzw 150R am Ausgang bei +5V Versorgung (S5 ganz unten)
Hier das DB: http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/opa2830.pdf

MfG Hannes

Als Zusatzinformation: die Spannungsversorgung für OP's muss nicht symetrisch sein, könnte also ruhig z.B. +15/-1,5 V sein. Es ist eben nur vom erfordeten linearen Bereich den Ein- und Ausgangsspannungen mit nötigen Reserven abhängig . :)

Danke Picture, aber das weiß ich. Ich habe eine Schaltung getestet, mit der es funktioniert hat. Ich habe zwei Dioden in Serie geschalten (mit einer hat es nicht funktioniert), Anode an das Poti am Eingang (als Masse für Eingangsspannung. So habe ich einen Eingangspannungsbereich von 0-10V. Leider habe ich dann eine andere Masse für das Analogsignal, wodurch ich diese Variante nicht verwenden kann. Wenn ich z.B. einen Frequenzumrichter anschließe ist dort digitale und analoge Masse meistens verbunden und so würde ich die Dioden kurzschließen. Die Schaltung würde aber funktionieren.

MfG Hannes

Sorry, ich wusste leider nicht, dass du es weisst und habe verlässig zu viel geschrieben. :lol:

Das wundert mich immernoch, warum die kurzgeschlossene Spannungsquellen keine Spannung mehr liefern wollen. :(

Ich habee die Dioden mit parallelen Elko bisher immer erfolgreich wie im Code geschaltet.

Code:

---

      +-----+      ____
    + |    |    |    |
      -    +-----|7805|---> +5V
      ---          |____|
    - |    D1 D2    |
      +-+-|<--|<-+--+------> 0V (GND)
      | |  \]  |  |
      | +---|]---+ ===
      |    /]+    GND
      +--------------------> -1,5V

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

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Zitat:

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Zitat von PICture

Das wundert mich immernoch, warum die kurzgeschlossene Spannungsquellen keine Spannung mehr liefern wollen. :(

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Man braucht nur ausreichend Leistung. Bei einem Stück Draht habe ich ca. 24V gemessen (laut Voltmeter bei Maschine) auf einer Länge von ca. 1 Meter. Der Strom betrug ca. 800A. Durch einen Fehler (Flachriemen ist durch Öl an der Riemenscheibe gerutscht) durchgebrannt. Der Draht hatte alle Farben (von schwarz bis leuchtendes Rot, das aussah als ob es glühen würde).

Meine Schaltung sieht so aus wie im geposteten Bild (Testschaltung). Dioden sind 1N400x bzw 1N4148. Poti ist ein 5k7 und statt des 741 habe ich den TL082 (eine Hälfte) genutzt.

MfG Hannes

Sollte das vielleicht ein Beweis dafür sein, dass der Edison nur durch aus Murphy-Gesetzen abgeleiteter Fehler einne Glühbirne erfunden hat ? :lol:

Ubrigens, ich werde sicher nie "rail-to-rail" OP's verwenden, weil für mich bisher die Lösung mit Dioden zwar viel komplizierter, aber immer leichter beschaffbar und billiger war. :)

Ja, das dürfte ein Beweis dafür sein. Aber es hat auch einen Vorteil gehabt. Der Draht war extrem biegsam :lol:

Ich habe gerade den OPA2830 und den OPA4830 auf die Adapterplatinen gelötet. Habe es mit einem OPA4830, der dürfte aber schon defekt sein, da ich 15V Versorgung genommen habe statt 12V (max. Spg laut DB). Habe ihn schon getauscht aber noch nicht getestet. Habe es aber mit dem OPA2830 versucht. Der Spannungssprung ist jetzt weg. Ich habe noch Störungen drauf und irgendetwas passt noch nicht. Getestet habe ich es mit dem Kanal 1. Den neg. Eingang des OP habe ich mit dem Ausgang verbunden und am pos. Eingang habe ich das Poti (Schleifer) angeschlossen (normaler SPG-Folger). Ist im Prinzip die gleiche Schaltung wie ich schon gepostet habe nur ohne Dioden. Als Versorgung habe ich +10V (max. Spg des OPA2830 ist 11V). Ich messe eine Stromaufnahme (ohne Last) von ca. 44mA wenn ich zusätzlich noch den neg. Eingang des Kanal 2 mit GND verbinde und den pos. Eingang mit 10V. Wenn ich den 2ten OP nicht beschalte habe ich ca. 20mA. Störungen habe ich versucht mit Kerkos zu eliminieren. Habe es mit einem 100nF Kerko versucht und dann noch einen 470nF Kerko parallel geschaltet. Leider ohne Erfolg. Die Störungen habe ich auch auf der Versorgung.

Kanal 1 beim Oszi ist Eingang vom Poti
Kanal 2 -||- ist Ausgang vom OP
Kanal 3 -||- ist die Versorgungsspannung

Vielleicht kann mir jemand Tipps geben was ich noch versuchen kann. Ich habe noch eine PDF hochgeladen mit den Werten der Stromaufnahme (Habe das Poti einmal von 0V auf 10V gedreht und wieder zurück). Die Ströme im Mikroamperebereich nicht beachten, da dort das NT noch nicht eingeschaltet war. Ich habe die Messwerte direkt vom Fluke 8846A (Präzisionsmultimeter) auf USB Stick gespielt in die PDF umgewandelt und hochgeladen (ohne Änderungen).
Aber nicht mehr heute :lol:

MfG Hannes

Der OPA2830 ist nur eingeschränkt als Spannungsfolger geeignet. Wenn dann noch ein bisschen Kapazitive Last (ggf. reicht schon der Tastkopf) dazu kommt fängt der an zu schwingen. Hinter dem Verstärker also lieber etwa 100 Ohm als Widerstand zur Isolierung kapazitiver lasten. Für einen 110 MHz OP braucht man schon ein gutes Layout. Als mindeste sollten die Abblockkondensatoren mit auf der Adapterplatine sein. Besser die ganz Schaltung als SMD layout, oder ggf. Dead-Bug - Style als Prototyp auf einer durchgehenden Massefläche gelötet.

Die Störungen sehen ein wenig danach aus, als würde der OP gerade anfangen zu schwingen oder ein kräftiges Störsignal empfangen.

Ich habe noch etwas getestet. Habe bis jetzt die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung immer verbunden gehabt (gleiche Spg.-Quelle). Jetzt habe ich an der "Primärseite" mein Labor NT verwendet.
An der "Sekundärseite" des IL300 habe ich ein 24V Netzteil (so wie es später in der Fräse verwendet wird) genommen. Mit einem DC/DC Wandler von Texas Instruments (DCP022415) habe ich daraus die Spannung (+/-15V) für den TL082 erzeugt, den ich als Spannungsfolger am Ausgang verwendet habe.
So wie schon Besserwessi geschrieben hat ist der OPA2830 nur eingeschränkt als Spannungsfolger brauchbar. Ich habe zuerst immer am Ausgang des Spg-Folgers Störungen gehabt. Habe ihn entfernt und die Spannung am Ausgang des IL300 gemessen.
Es gab keine Störungen. Deswegen habe ich versucht die Spannungen (so wie später) zu trennen. Die Spannungen passen, obwohl die Spannung nicht bis 0V geht. Minimale Spannung ist ca. 3V am Ausgang des TL082 (Spg-Folgers). Im Anhang habe ich einige Bilder meines Aufbaus bzw den Schaltplan der (letzten) Testschaltung.

Beim Bild mit den Messgeräten ist ganz oben das Netzteil für +10V (Versorgung für OPA2830,..), das Tisch-MM zeigt den Strom der eingangsseitig des IL300 fließt (Versorgung,...) und das DMM zeigt die Ausgangsspannung des IL300 beim Test ohne Trennung und ohne Spg-Folger an. Die Messleitungen sieht man am Bild nur mit dem OPA2830.

Ich werde noch weiter testen und eventuell einen anderen OP testen. Notfalls muss ich mit dem DC/DC Wandler arbeiten. Das werde ich aber noch sehen.

MfG Hannes

Der OPA830 ist auch für die Schaltung mit dem Optokopplern zu schnell. Damit die Schaltung nicht schwingt, sollte der OP langsamer sein als der Optokoppler. Selbst ein TLC272 könnte da noch zu schnell sein und einen extra Kondensator vom Ausgang zu, inv. Eingang als Bremse gebrauchen. Wenn man Glück hat reicht da das Steckbrett.

Für das Steckbrett ist ein so schneller OP gar nicht gut. Wenn möglich sollte man da nicht über 10 MHz GBW gehen - sonst darf man sich nicht wundern wenn es nicht geht.

Danke für die Antwort. Ich weiß, dass mein Aufbau nicht der Beste für so einen schnellen OP. Ich werde schauen, ob es so funktioniert (mit Verbesserungen bzw Löten auf eine gefräste Platine) und sonst werde ich andere Bauteile nehmen, die besser geeignet sind.

PS: Im Schaltplan habe ich die Kondensatoren weggelassen.

MfG Hannes

Habe hier wieder etwas zu berichten. Habe mir OPA2340 (bis 5,5V Versorgung) bzw OPA2241 (bis 36V Versorgung) bestellt. Zuerst habe ich die Schaltung wie oben gepostet aufgebaut. Statt des OPA2830 habe ich den OPA2340 verwendet. Hat nicht funktioniert. Wenn ich die Versorgung auf der "Sekundärseite" (Ausgangsseite des IL300) eingeschalten habe hatte ich Störungen. Bin mir nicht sicher wodurch die Störungen zustande gekommen sind. Habe ein Traco Power TCL 060-124 Netzteil (SMPS 24V/2,5A) und dann ein DCP022415 IC (Isolierter DC/DC Wandler 24V zu +-15V) verwendet. Habe dann Statt des TL082 einen OPA2340 verwendet mit eigener Spannungsversorgung (Netzteil mit 7805). Das hat funktioniert. Im Anhang habe ich eine Exceldatei mit Diagramm erstellt (als PDF hochgeladen). In der sind die einzelnen Messwerte. Widerstände sind aus der E24 Reihe (5%), Kondensatoren sind zwar nicht eingezeichnet, aber montiert.

Habe noch zwei IR-Bilder hochgeladen. Es gibt keine Erwärmung. Beim IR_1 ist der OPA2340 auf der Ausgangsseite des IL300 zu sehen (violett eingerahmt). Beim IR_2 sind wie beschriftet OPA2340, IL300 und der Widerstand der Led (zwischen OP-Ausgang und IL300 Led) zu sehen. Dieser hat sich etwas erwärmt, aber nur sehr gering.

MfG Hannes

Womit hast Du denn die schönen IR Bilder gemacht?

Gruß Richard

Fluke TiS
Bild hier  

MfG Hannes