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Hallo Forum.

Folgende Ausgangssituation:

Ich habe einen nichtinvertierenden Verstärker, an den ich ein 20 Meter langes Koaxialkabel anschließe. Das Koaxialkabel wird an seinem Ende durch ein hochohmiges Multimeter belastet. Mit dem Multimeter möchte ich die Ausgangsspannung des nichtinvertierenden Verstärkers in einiger Entfernung messen.
Als Operationsverstärker kommt dabei ein LMC6484 zum Einsatz.
Um zu verhindern, dass der Operationsverstärker durch die kapazitive Belastung elektrische Schwingungen erzeugt, habe ich zwischen den Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers und dem Eingang des Koaxialkabels einen 100Ohm-Widerstand zwischengefügt.

Um sicher zu stellen, dass keine Schwingungen entstehen, möchte ich das ganze mit einem Oszilloskop überprüfen. An welchen Messpunkten des Verstärkers sollte ich messen, um eine mögliche Schwingung zu erkennen? Logischerweise zwischen Bezugspotential und Ausgang des Verstärkers?

Viele Grüße

» Hallo Forum.
»
» Folgende Ausgangssituation:
»
» Ich habe einen nichtinvertierenden Verstärker, an den ich ein 20 Meter
» langes Koaxialkabel anschließe. Das Koaxialkabel wird an seinem Ende durch
» ein hochohmiges Multimeter belastet. Mit dem Multimeter möchte ich die
» Ausgangsspannung des nichtinvertierenden Verstärkers in einiger Entfernung
» messen.
» Als Operationsverstärker kommt dabei ein LMC6484 zum Einsatz.
» Um zu verhindern, dass der Operationsverstärker durch die kapazitive
» Belastung elektrische Schwingungen erzeugt, habe ich zwischen den Ausgang
» des nichtinvertierenden Verstärkers und dem Eingang des Koaxialkabels einen
» 100Ohm-Widerstand zwischengefügt.
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» Um sicher zu stellen, dass keine Schwingungen entstehen, möchte ich das
» ganze mit einem Oszilloskop überprüfen. An welchen Messpunkten des
» Verstärkers sollte ich messen, um eine mögliche Schwingung zu erkennen?
» Logischerweise zwischen Bezugspotential und Ausgang des Verstärkers?
»
» Viele Grüße

Hallo,
ja, am Ausgang des Verstärkers würde ich als erstes messen.
Im Datenblatt von Ti ist unter 8.2 eine Schaltung für große
kapazitive Lasten angegeben.
Grüße
Altgeselle

Hallo Altgeselle, danke für die schnelle Antwort.

» Hallo,
» ja, am Ausgang des Verstärkers würde ich als erstes messen.
» Im Datenblatt von Ti ist unter 8.2 eine Schaltung für große
» kapazitive Lasten angegeben.
» Grüße
» Altgeselle

Leider habe ich diese Schaltung unter 8.2 zu spät gelesen, die Platine ist schon fest verdrahtet. Deshalb hoffe ich, dass ein 100Ohm-Widerstand ausreicht, um Schwingungen zu verhindern.
Unter 8.2 des Datenblattes ist ein Spannungsfolger (Unity Gain Buffer) angegeben. Gilt die angegebene Kompensationsmaßnahme dementsprechend auch für einen nichtinvertierenden Verstärker?

Figur 51 verwirrt mich etwas. Wie berechne ich den erforderlichen Kondensator C1 für meinen Lastfall?


Viele Grüße

Hallo Student,

Die Antwort hast Du bereits bekommen. Ich will Dir nur noch zeigen, dass anstelle der passiven Widerstandslösung am Ausgang, eine aktive Methode gibt, die man Lead-Kompensation bezeichnet. Diese hat den Vorteil, dass der Ausgangswiderstand nicht wesentlich erhöht wird. Bei Deiner Anwendung spielt das allerdings keine Rolle, weil die Messgeräte hochohmig genug sind.

Hier eine Schaltung zur Lead-Kompensation:
. . . . . . . .

Wenn Interesse vorhanden, hier der ganze Elektronik-Minikurs, der sich u.a. mit dieser Thematik befasst:

. . . . . . . . "Operationsverstärker II: Die Gain- und DC-Offsetabstimmung
. . . . . . . . und die kapazitive Belastung (Lead-Kompensation)"
. . . . . . . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» Hallo Student,
»
» Die Antwort hast Du bereits bekommen. Ich will Dir nur noch zeigen, dass
» anstelle der passiven Widerstandslösung am Ausgang, eine aktive Methode
» gibt, die man Lead-Kompensation bezeichnet. Diese hat den Vorteil, dass der
» Ausgangswiderstand nicht wesentlich erhöht wird. Bei Deiner Anwendung
» spielt das allerdings keine Rolle, weil die Messgeräte hochohmig genug
» sind.
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» Hier eine Schaltung zur Lead-Kompensation:
» . . . . . . . .
»
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» Wenn Interesse vorhanden, hier der ganze Elektronik-Minikurs, der sich u.a.
» mit dieser Thematik befasst:
»
» . . . . . . . . "Operationsverstärker II: Die Gain- und DC-Offsetabstimmung
»
» . . . . . . . . und die kapazitive Belastung (Lead-Kompensation)"
» . . . . . . . . . .
» http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm

Danke Thomas.

ich will es erst einmal mit dem 100Ohm-Widerstand versuchen. Eine Frage habe ich noch zu dem Datenblatt des LMC6484. In Figur 51 ist meiner Meinung nach keine nichtinvertierende Struktur zu erkennen. Betrachte ich das irgendwie falsch, weil in der Unterschrift steht "Noninverting Amplifier"?

Viele Grüße

» Hallo Altgeselle, danke für die schnelle Antwort.
»
» » Hallo,
» » ja, am Ausgang des Verstärkers würde ich als erstes messen.
» » Im Datenblatt von Ti ist unter 8.2 eine Schaltung für große
» » kapazitive Lasten angegeben.
» » Grüße
» » Altgeselle
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» Leider habe ich diese Schaltung unter 8.2 zu spät gelesen, die Platine ist
» schon fest verdrahtet. Deshalb hoffe ich, dass ein 100Ohm-Widerstand
» ausreicht, um Schwingungen zu verhindern.
» Unter 8.2 des Datenblattes ist ein Spannungsfolger (Unity Gain Buffer)
» angegeben. Gilt die angegebene Kompensationsmaßnahme dementsprechend auch
» für einen nichtinvertierenden Verstärker?
»
» Figur 51 verwirrt mich etwas. Wie berechne ich den erforderlichen
» Kondensator C1 für meinen Lastfall?
»
Mich verwirrt, dass zwischen Fig. 50 und Fig. 52 kein Unterschied zu erkennen ist.
Dennoch ist die zweite Schaltung besser, da sie den Spannungsabfall über R1
kompensiert.
Den Wert für C1 ermittelt man experimentell, oder man simuliert die Schaltung,
z.B. mit SPICE.


»
» Viele Grüße

» » Hallo Student,
» »
» » Die Antwort hast Du bereits bekommen. Ich will Dir nur noch zeigen, dass
» » anstelle der passiven Widerstandslösung am Ausgang, eine aktive Methode
» » gibt, die man Lead-Kompensation bezeichnet. Diese hat den Vorteil, dass
» der
» » Ausgangswiderstand nicht wesentlich erhöht wird. Bei Deiner Anwendung
» » spielt das allerdings keine Rolle, weil die Messgeräte hochohmig genug
» » sind.
» »
» » Hier eine Schaltung zur Lead-Kompensation:
» » . . . . . . . .
» »
» »
» » Wenn Interesse vorhanden, hier der ganze Elektronik-Minikurs, der sich
» u.a.
» » mit dieser Thematik befasst:
» »
» » . . . . . . . . "Operationsverstärker II: Die Gain- und
» DC-Offsetabstimmung
» »
» » . . . . . . . . und die kapazitive Belastung (Lead-Kompensation)"
» » . . . . . . . . . .
» » http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm
»
» Danke Thomas.
»
» ich will es erst einmal mit dem 100Ohm-Widerstand versuchen. Eine Frage
» habe ich noch zu dem Datenblatt des LMC6484. In Figur 51 ist meiner Meinung
» nach keine nichtinvertierende Struktur zu erkennen.

Aber doch, das ganze Lead-Netzwerk geht doch vom Ausgang zum invertierenden Eingang. Das ist übrigens genau diese Schaltung, die in meinem Elektronikminikurs gezeigt und beschrieben ist.

» Betrachte ich das irgendwie falsch, weil in der Unterschrift steht "Noninverting Amplifier"?

Genau das ist es doch. Das Signal geht auf den nichtinvertierenden Eingang. Die Verstärkung beträgt 1 und nicht -1.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Danke, aber ich stehe noch auf dem Schlauch.

Ich dachte, Figur 51 stellt mit den Widerständen R1 und 10kOhm den nichtinvertierenden Verstärker dar, den man gegen Schwingungen durch kapazitive Lasten schützen will. Dazu wird dann der Kondensator C1 eingefügt.

Also bilden die Widerstände R1, 10kOhm und C1 zusammen das Kompensationsnetzwerk?

Und es heißt "Noninverting Amplifier" weil das Kompensationsnetzwerk nichtinvertierend mit dem OPV verschaltet ist?

Ein nichtinvertierender Verstärker sieht für mich aber irgendwie so aus:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm

Viele Grüße

» Danke, aber ich stehe noch auf dem Schlauch.
»
» Ich dachte, Figur 51 stellt mit den Widerständen R1 und 10kOhm den
» nichtinvertierenden Verstärker dar, den man gegen Schwingungen durch
» kapazitive Lasten schützen will. Dazu wird dann der Kondensator C1
» eingefügt.
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» Also bilden die Widerstände R1, 10kOhm und C1 zusammen das
» Kompensationsnetzwerk?
»
» Und es heißt "Noninverting Amplifier" weil das Kompensationsnetzwerk
» nichtinvertierend mit dem OPV verschaltet ist?
»
» Ein nichtinvertierender Verstärker sieht für mich aber irgendwie so aus:
» https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm
»
Vergleich doch bitte jetzt beide Schaltungen. Beide sind identisch betreffs nichtinvertierenden Verstärkung. Die eine Schaltung hat eine direkte Gegenkopplung vom Ausgang zum nichtinvertierenden Eingang und die andere das Leed-Netzwerk. Das ist der einzige Unterschied! Beide haben auch die Verstärkung von 1 und nicht -1. -1 wäre invertierend.

Anstelle von irgendwie-Interpretationen (ich bekomme gleich Vögel), befasse Dich doch bitte mit den primären Grundlagen zu Operationsverstärkern , dann begreiffst Du das sofort. Ich verspreche Dir das.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Danke Thomas.

» Die eine Schaltung hat eine direkte
» Gegenkopplung vom Ausgang zum nichtinvertierenden Eingang und die andere
» das Leed-Netzwerk. Das ist der einzige Unterschied! Beide haben auch die
» Verstärkung von 1 und nicht -1. -1 wäre invertierend.

Eine kleine Korrektur noch: Hat nicht die Lead-Kompensationsschaltung die direkte Gegenkopplung?
Begründung: Die Ausgangsspannung des OPVs wird direkt über den Widerstand R1 zurückgekoppelt. Durch R1 fließt nahezu kein Strom.

Viele Grüße

» Danke Thomas.
»
» » Die eine Schaltung hat eine direkte
» » Gegenkopplung vom Ausgang zum nichtinvertierenden Eingang und die andere
» » das Leed-Netzwerk. Das ist der einzige Unterschied! Beide haben auch die
» » Verstärkung von 1 und nicht -1. -1 wäre invertierend.
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» Eine kleine Korrektur noch: Hat nicht die Lead-Kompensationsschaltung die
» direkte Gegenkopplung?
» Begründung: Die Ausgangsspannung des OPVs wird direkt über den Widerstand
» R1 zurückgekoppelt. Durch R1 fließt nahezu kein Strom.

Das ist richtig, aber R1 ist notwenig für den stabilen Betriebszustand. Bedenke, der virtuelle GND oder die virtuelle Spannung ist ein Zustand der durch einen schnellen Regelprozess zustanden kommt. Das Virtuelle ist zwar so realistisch wie das Echte, innerhalb von gewissen Grenzbereichen, es existiert aber nicht physikalisch. Wenn der Opamp aus dem dynamischen Gleichgewicht fällt (wilde Oszillation) existiert das Virtuelle nicht mehr. Die Lead-Kompensation verhindert das Problem nicht, verschiebt es aber zu einer höherer Kapazitätsbelastung am Ausgang der Opampschaltung.

So, ich hoffe, das hilft Dir etwas weiter. Wie schon angedeutet, Du musst Dich auch noch mehr selbst dem Lernprozess aussetzen. Dafür helfen Dir die Grundlagenkurse im ELKO
. . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/index.htm#a6
und meine Minikurse, die eher für Fortgeschrittene gedacht sind:
. . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/index.htm#verstaerker

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» So, ich hoffe, das hilft Dir etwas weiter. Wie schon angedeutet, Du musst
» Dich auch noch mehr selbst dem Lernprozess aussetzen. Dafür helfen Dir die
» Grundlagenkurse im ELKO
» . . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/index.htm#a6
» und meine Minikurse, die eher für Fortgeschrittene gedacht sind:
» . . . . .
» http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/index.htm#verstaerker

Danke Thomas,
so langsam löst sich der Knoten. Figur 51 im Datenblatt ist nach wie vor ein Impedanzwandler (Unity Gain Buffer) mit der Verstärkung +1 und dementsprechend auch ein nichtinvertierender Verstärker (Noninverting Amplifier) wie es in der Bildunterschrift steht.

Ja, das werde ich beherzigen.


Viele Grüße

Abend zusammen.

Der oben beschrieben Operationsverstärker LMC6484 wird als nichtinvertierender Verstärker betrieben, genauer gesagt, als ein einzelner OPV der vier zur Vefügung stehenden Operationsverstärkern. Als Eingangssignal bekommt er eine gleichgerichtete und tiefpass-gefilterte Spannung (Gleichspannung). Diese kann er dann bis zu einer maximalen Verstärkung von 10 (einstellbar über Trimmpotentiometer) verstärken.
Am Ausgang des Verstärkers ist eine kapazitive Last von ungefähr 2000pF (2nF) in Form eines 20m langen Koaxialkabels angeschlossen. Mit dem Oszilloskop konnte ich am Ausgang des OPVs (Anschluss des Koaxialkabels) jedoch keine Schwingungen wie erwartet feststellen. Auch die Ausgangsspannung war am Koaxialkabel-Ausgang (nach 20 Metern) nahezu unbedämpft zu messen.

Ich vermute mal, dass ich das Oszilloskop nicht richtig bedient habe. Habt ihr andere Vorschläge für dieses Verhalten?


Viele Grüße

» Am Ausgang des Verstärkers ist eine kapazitive Last von ungefähr 2000pF
» (2nF) in Form eines 20m langen Koaxialkabels angeschlossen.

Und die anderen Leitungsbeläge?

» » Am Ausgang des Verstärkers ist eine kapazitive Last von ungefähr 2000pF
» » (2nF) in Form eines 20m langen Koaxialkabels angeschlossen.
»
» Und die anderen Leitungsbeläge?

Hallo.
Du meinst sicher den induktiven und ohmschen Anteil. Die sind gering, da ich das Koaxialkabel nahezu im Leerlauf betreibe. Hochohmige Spannungsmessung am Koaxialkabel-Ausgang.


Viele Grüße

» » » Am Ausgang des Verstärkers ist eine kapazitive Last von ungefähr
» 2000pF
» » » (2nF) in Form eines 20m langen Koaxialkabels angeschlossen.
» »
» » Und die anderen Leitungsbeläge?
»
» Hallo.
» Du meinst sicher den induktiven und ohmschen Anteil. Die sind gering, da
» ich das Koaxialkabel nahezu im Leerlauf betreibe. Hochohmige
» Spannungsmessung am Koaxialkabel-Ausgang.

Das Kapitel über Leitungsbeläge wiederholen!