OPV-Grundschaltung wirft Fragen auf

dachdecker2

Mit einem Leistungsoperationsverstärker LM675 wird ein nichtinvertierender Verstärker aufgebaut (siehe Bild 1). Er soll als impedanzwandler zwischen einem Signalgenerator und einer Last (maximal 1 Watt) arbeiten. LM675 sollte laut Datenblatt eine 20 Watt-Last treiben können.

Wirklich funktionieren tut die Schaltung aber nur bis etwa 30 mWatt an der Last. Das hat erst die Messung und später auch die Simulation ergeben. Mir ist es absolut schleierhaft, warum die Spannung über der Last so einbricht (siehe Bild 2). Dadurch ist die Potenzialdifferenz zwischen den Eingängen ja nicht mehr null, was irgendwie auf Übersteuerung hindeutet...

Schaut euch das mal bitte an, und gebt mir einen Tipp, wo mein Denkfehler ist. Das gleiche Problem tritt bei Gleich- und Wechselspannung, auch beim invertierenden Verstärker und auch bei verschiedenen Verstärkungen auf - immer bei Leistungen in der Gegend von 50 mWatt und darüber.

Danke schön schonmal im Voraus smile

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Eigentlich kann ich das gar nicht glauben...es sollten über 3A möglich sein, und das bei 20V !

Kann es sein dass

* eine der Versorgungsspannungen eingeht ?
* Der Abgriffspunkt der Spannungsrückkopplung nicht derselbe ist, wo du die Spannung misst ?
* der OP kaputt ist ?
* schwingt irgendetwas ?
* Hast du die Massen richtig verbunden ?

Für mich eigentlich unerklärlich...
lass es uns wissen was war !

dachdecker2

Die Zahlen in den Bildern sind aus der Simulation, die hab ich nicht geändert. genau das hab ich auch gemessen. Die versorgungsspannung wird geregelt, die Schaltung soll eigentlich bei +-12 V arbeiten da aber 16 bis 60 V im Datenblatt steht, hab ich auch 20 und 30 V ausprobiert - mit dem Gleichen ergebnis. Wenn die Last klein ist, funktioniert das ganze und alles sieht super auf dem Oszi aus. Ich hab das ganze mehrfach geprüft und in der Simulation sind sicher keine Wackler drin Augenzwinkern

. In der Praxis war das alles schön gelötet, nicht etwa auf Steckbrettern aufgebaut ...

Ich versteh die Welt nicht mehr unglücklich

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

wenn das sogar bei der Simulation auftritt ... naja dann mus wqas wahres dran sein. Umso neugieriger bin ich jetzt geworden !

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich habe den Eindruck, die Widerstände des Spannungsteilers sind zu klein. Der OP verbrät ja einen Teil seiner Leistung damit, die Masse an diesem Spannungsteiler mit Strom zu versorgen.

Ich würde also mal ausprobieren, statt 99K und 1K in dem Spannungsteiler z.B. 990K und 10K zu nehmen, dann dürfte das besser werden. Um die Leistung des OP voll auszunutzen, wirst du am Ende sicher noch größere Widerstände im Spannungsteiler brauchen.

Gruß, Markus

dachdecker2

Naja ... ich meine ja, dass die Leistung, die 5 V in 100 kOhm erzeugen eher nicht ins gewicht fällt (ich komme auf 250 µWatt).

Du wirst staunen, ich habe in der Simulation das mal mit kleineren Widerständen als Spannungsteiler probiert - dabei zeigte sich an der Last das gleiche Verhalten, wärend der Strom durch den Stpnnungsteiler aber mit mehr als einerm Ampere Strom mehrere Watt verbraten hat. Simulier es mal nach, ich bin gespann, wie das bei dir aussieht.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

glaub (!) ich nicht ... die Widerstände sind ja extern und beeinflussen die Charakteristik des Verstärkers nicht.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Hast Du schon probiert andere OPs zu simulieren ?
Verstehe ich dich recht dass dies auch bei DC auftritt ?

Kann es mit Offsetkorrektur zu tun haben ? (???)

dachdecker2

Ich hab es mit DC und AC simuliert und praktisch gemessen - aber nur an diesem Typ. Ich muss mich mal outen und sagen, dass ich nicht so recht etwas mit Offsetkorrektur anzufangen weiß Augenzwinkern

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Ich hab mal einen 741 mit einer bipolaren Gegentaktendstufe zu einem Leistungs OP gemacht. Ich konnte mir am Lastwiderstand die Finger verbrennen und das ganze funktionierte tadellos bis 10kHz.

Kann es sein dass die Gleichtaktunterdrückung bei V=100 schon merkbar wird ? Das sollte aber nicht von der Last abhängen ...

Aber im Detail bin ich leuder auch nur eine Dilettant...

dachdecker2

Gleichtaktunterdrückung sagt mir auch wenig. Es liegt definitiv nicht an der Verstärkung, ich hab es nähmlich auch mit V=3 und als Spannungsfolger probiert.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Aprilscherz ?

dachdecker2

Wirf mal einen blick auf deinen Kalender und dann auf den Simulator. Nun sollten keine Fragen mehr offen sein *grins*.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Nur ne Frage am Rande ? Verwendest du PSpice ?
Ich habe damit fast keine Erfahrung.

1) ist diese SW gratis ?
2) wo bekommt man die Bauteilbibliotheken ? Sind die schon dabei ?

dachdecker2

SwCAD gibt es bei Linear Technology gratis, leider ist das OPV-Angebot darin nur von LT selbst. Sonst verwende ich Electronics Workbench - das ist komfortabler und bietet fast alle Bauelemente, die ich in meiner Sammlung habe von Haus aus. Wo ich die Spicemodelle harbekommen kann weiß ich auch nicht ... das ärgert mich auch etwas. PSpice hatte ich vor vielen Jahren mal kurz, es ist ähnlich unbequem wie SwCAD, wenn ich das recht in Erinnerung habe.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Also PSpice ist so ziemlich die nicht-intuitivste Software die ich kenne...

Halt uns wegen des OPs am Laufenden ! Interessiert mich brennend.

Gast

Kein Problem smile

ich hab gestern abend noch eine Ersatzschaltung entwickelt, die die mit einem Beliebig kleinen OPV und ein bis zwei FETs auskommt. Ich poste das heute abend.

dachdecker2

Hier nun wie versprochen der Lösungsvorschlag. Ob das Funktioniert, probiere ich morgen oder übermorgen aus smile

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Die Frage warum der Power OP nicht funktioniert wie man es sich vorstellt ist nun geklärt ??? Das ist das eigentlich interessante...

smile

der dachdecker2 · Gast

Nein, das ist noch ungeklärt unglücklich

. Keine Ahnung, warum er es nicht tut. Aber wenigstens bekomm ich meine Wechselspannung verstärkt - schade ist es nur, dass es nicht auf die einfache Art geht Augenzwinkern

. Ich glaube, ich muss mir noch die Datenblääter von den beiden FETs reinziehen, ob die 24 V Sperrspannung vertragen und zur Sicherheit sollte ich den OPV vielleicht nur mit +-10 V betreiben, damit die Gates nicht kaputgehen können.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Wozu brauchst Du den Spannungsteiler 200kOhm ? Jedes Ungleichgewicht der Widerstände wird am +-Eingang eine von Null abweichende DC-Spannung erzeugen, welche dann auch noch um 100 verstärkt wird.

Wenn du diese nur für das Funktioneren des Hochpasses am Eingang brauchst, würde ich das anders lösen.

Ansonsten müsste die Schaltung funktionieren (ich hate dies mal bipolar aufgebaut...).

der dachdecker2 · Gast

nunja ... ich weiß ja nicht, wie exakt der OPV arbeitet, deswegen hab ich einen Spannungsteiler zur Arbeitspunkteinstellung vorgesehen. und seit ich Weiß, dass der reele Anteil der Last 0,45 Ohm ist, mach ich mir noch ein paar gedanken mehr um einen möglichen Offset. Ich hab auch vor, die Betriebsspannung des OPV durch Dioden auf unter +- 9V zu senken, da ich nicht will, dass mir der OPV die Gates durchhauen kann Augenzwinkern

.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Wenn Du ohnehin nur Wechselspannungen verstärken möchtest, warum nimmst Du dann nicht einen integrierten Leistungsverstärker ? ZB LM386 - dann ersparst Du dir die negative Versorgung.

eman · Gast

> dass der reele Anteil der Last 0,45 Ohm ist

Sagt das nicht schon genug über die Ursache der Probleme?
Wie verhalten sich gegengekoppelte Systeme bei reaktiver Last?
Was sind die üblichen Methoden, einen Verstärker unter solchen
Bedingungen zu stabilem Verhalten zu bringen?

Im Datenblatt zum LM675 gibt es einen Abschnitt über 'Stability',
den würde ich mir mal reinziehen.

Und dann mal grob überschlagen, welche Ströme bei der genannten Last
auftreten können (und was ein LM386 wohl dazu sagen würde...).

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

dachdecker2

Die Idee mit dem Audioverstärker ist nicht neu ... das war sozusagen die Version 1 und die zeigte das gleiche Verhalten wie LM675 (brach auch bei unter 100 mW zusammen, obwohl der mit 12 Watt angegeben war). Warum in den Bildern 1000 Ohm um 250 Ohm als Last vorkommen? Weil sich an dieser Stelle die Probleme schon bemerkbar machen.

Die Teile hab ich zusammen, gebastelt wird aber heute nicht mehr Augenzwinkern

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Nochmal zu der Last, im Leerlauf (es handelt sich um einen Trafo) hab ich (0,45 + 340j) Ohm gemessen - die 0,45 Ohm Machen mir nur Sorgen, wenn es um den von einem möglichen Offset verursachten Dauerstrom geht smile

. Ich mache mir keine besonderen Sorgen um den induktiven Teil der Last, da ich mit Sinussignalen arbeite, nicht mit Reschtecksignalen. Der LM675 ist laut Seite 1 des Datenblattes für die Verwendung in Motor- und Servoverstärkern gedacht. Motore und Servos sind auch komplexe Lasten. Wie man oben sieht, tritt das Problem ja nicht wegen der induktiven Last auf - ist ja keine in der Simulation drin gewesen. Zuerst muss das mit einer reellen Last funktionieren, bevor man dem Ziel näher rückt.