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Guten Abend,
ich verstehe die Stabilität von OPVs nicht ganz.

Angenommen ich habe eine einen OPV der nicht Frequenzgangkorrigiert ist, wie auf dem Bild zu sehen und möchte mit diesem Arbeiten:

Gelernt habe ich, dass er bei einer Phasenverschiebung von 180° zu schwingen beginnt und nicht mehr stabil ist.
Wenn ich jetzt allerdings dennoch mit diesem OPV arbeiten möchte, wie kann ich diesen Betreiben? mit mehr als 20dB, damit er stabil bleibt oder mit weniger - und wieso.

Logisch würde es mir erscheinen, wenn man ihn mit weniger als 20dB Betreiben kann, da man dann nur einen 'Knick' also eine Grenzfrequenz hat und so nur eine Phasenverschiebung von 90° bekommt, allerdings steht folgendes in meinem Lehrbuch:

'Die Wirkung der Phasenverschiebung ist um so schlimmer, je direkter die Gegenkopplung ist.
Am Schlimmsten: bei nicht abgeschwächter Gegenkopplung, also bei direkter Rückführung.
Also beim Spannungsfolger'

Würde mich sehr freuen, wenn mir das jemand erklären kann.
Mit freundlichen Grüßen,
avvf

» Würde mich sehr freuen, wenn mir das jemand erklären kann.
» Mit freundlichen Grüßen,
» avvf
»
Akzeptiere einfach die Eigenschaften dieser dinge. Dann kannst du deine Schaltungen entsprechend dimensionieren und ersparst dir die Grübelei der Ursache.
Es macht das Leben einfacher.
Mit freundlichen Grüßen der Bastler.

» Guten Abend,
» ich verstehe die Stabilität von OPVs nicht ganz.
»
» Angenommen ich habe eine einen OPV der nicht Frequenzgangkorrigiert ist,
» wie auf dem Bild zu sehen und möchte mit diesem Arbeiten:
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» Gelernt habe ich, dass er bei einer Phasenverschiebung von 180° zu
» schwingen beginnt und nicht mehr stabil ist.
» Wenn ich jetzt allerdings dennoch mit diesem OPV arbeiten möchte, wie kann
» ich diesen Betreiben? mit mehr als 20dB, damit er stabil bleibt oder mit
» weniger - und wieso.
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» Logisch würde es mir erscheinen, wenn man ihn mit weniger als 20dB
» Betreiben kann, da man dann nur einen 'Knick' also eine Grenzfrequenz hat
» und so nur eine Phasenverschiebung von 90° bekommt, allerdings steht
» folgendes in meinem Lehrbuch:
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» 'Die Wirkung der Phasenverschiebung ist um so schlimmer, je direkter die
» Gegenkopplung ist.
» Am Schlimmsten: bei nicht abgeschwächter Gegenkopplung, also bei direkter
» Rückführung.
» Also beim Spannungsfolger'
»
» Würde mich sehr freuen, wenn mir das jemand erklären kann.
» Mit freundlichen Grüßen,
» avvf
»
»

das erinnert mich an den Beipackzettel von Medikamenten.
Einige kümmern sich mehr um die Nebenwirkungen und haben damit die größten Probleme.
Die eigentliche Wirkung haben sie aber nicht erkannt.
Wie "olit" schon schrieb ist der Operationsverstärker viel harmloser und meist ohne Nebenwirkungen.
Solange die Frequenzen unter 20 kHz bleiben ist eine 100-fache Verstärkung (40 dB) kein Problem.
Millionen von Anwendern praktizieren das täglich. Und es funktioniert.
Probieren geht über studieren.
Selbst ein normaler Transistor hat schon Phasenverschiebungen. Und er funktioniert trotzdem.
Erst wenn man den OPV bis an die Grenzen ausreizt muss man die Phasenverschiebung berücksichtigen.
Das soll man dann aber den Experten überlassen oder einen OPV mit besseren Eigenschaften wählen.

» allerdings steht folgendes in meinem Lehrbuch:
»
» 'Die Wirkung der Phasenverschiebung ist um so schlimmer, je direkter die
» Gegenkopplung ist.
» Am Schlimmsten: bei nicht abgeschwächter Gegenkopplung, also bei direkter
» Rückführung.
» Also beim Spannungsfolger'

Diese Aussage bedarf einer gründlichen Überprüfung.
Ein Spannungsfolger hat keine Verstärkung also O dB
Bei 0 dB hat der OPV, wie aus dem Diagramm ersichtlich, die geringsten "Nebenwirkungen"

Hallo avvf,

»

Du hast jetzt bereits gute Erklärungen erhalten von Olit und Kendimann. Ich erkläre es Dir noch etwas anders.

Packen wir's bei zwei realen Opamps. Angenommen Du hast ein LF357 vor Dir, dann steht im Datenblatt, dass dieser Opamp nicht unitygainstable ist und die minimal zulässige Verstärkung einen Faktor 5 beträgt.

Was passiert, wenn Du Dich nicht daran hältst und denkst: "Bullshit, dieser doofe LF357 soll jetzt als Impedanzwandler mit Verstärkung 1 arbeiten."

Du schaltest diese Schaltung auch ohne Eingangssignal an die Betriebsspannung und der Eingang ist kurzgeschlossen. Die Schaltung am Opamp-Ausgang schwingt sofort wild drauf los, nämlich weil die 180º-Phasenverschiebung absolut sicher erfüllt ist und die Gegenkopplung wird zur Mitkopplung.

Wenn Du den LF357 nun halt bei der erlaubten Minimalverstärkung von 5 einsetzen willst, dann gibt es eine gewisse Phasenreserve. Diese garantiert Stabilität. Aber, in diesem schon leicht kritischen Bereich muss man aufpassen, dass der Opamp-Ausgang möglichst nicht oder sehr wenig kapazitiv belastet wird, sonst geht das Schwingtheater gleich wieder los, weil dies die Phasenreserve reduziert. Diese 5 bedeuten in Deinem Diagramm 10 (= 20 dB).

Bleiben wir beim LF357. Davon gibt es den langsameren Bruder und der heisst LF356 und der ist unitygainstable (Verstärkung 1 ist erlaubt).
Fragt sich mit welchem Nachteil. Eben wie gesagt, der LF356 ist langsamer, weil er stärker frequenzgang-kompensiert ist. Anstelle einer (theoretischen) Unity-Gain-Bandbreite (UGB) von 20 MHz (LF357) hat der LF356 nur 5 MHz.

In der Praxis heisst das, wenn Du einen Verstärker mit einem Faktor 1000 (60dB) betreiben willst, hast Du mit dem LF357 eine 3dB-Frequenzbandbreite von 20 kHz und beim LF356 sind es nur 5 kHz. In diesem Beispiel wäre nur der LF357 HIFI-tauglich im Falle des Audio-Einsatzes.

Es gibt einen Wehrmutstropfen, die Produktion des LF357 wurde eingestellt. Falls Du zu diesem Posting-Inhalt experimentieren möchtest, musst Du andere vergleichbare Typen wählen, die ich jetzt grad nicht auswendig weiss. Auf jedenfall lohnt es sich solches zu experimentieren, weil sonst bleibt die Erfahrung auf der Strecke...

Viel Spass beim Lernen durch Experimentieren.

--
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

» Guten Abend,
» ich verstehe die Stabilität von OPVs nicht ganz.
»
» Angenommen ich habe eine einen OPV der nicht Frequenzgangkorrigiert ist,
» wie auf dem Bild zu sehen und möchte mit diesem Arbeiten:
»

Die Annahme auf dieser Basis aufzulegen, ist der falsche Ansatz.

Die Basis ist die Anwendung, der Verwendungszweck;
beeinflusst von u.A. Umweltbedingungen.
Dem entsprechend wird das zu verwendende Bauteil 'bestimmt',
und nicht "nehmen wir mal"-herausgepickt.

Viele (zumeist; eher die Bastler) bestimmen ein Bauteil aufgrund von groben
Schätzungen, bzw. sogar auf Vorstellungen, Träumen.
Das ist normal grundfalsch, auch wenn mal zufällig ein
Treffer gelandet wurde; auf dem u.A. sogar falscher Weise
sein Wissen aufgebaut wird
- wie: "DAS iss es, das für immer und ewig, und sonst nix anderes!".

SO,,, nicht...


» Gelernt habe ich, dass er bei einer Phasenverschiebung von 180° zu
» schwingen beginnt und nicht mehr stabil ist.
» Wenn ich jetzt allerdings dennoch mit diesem OPV arbeiten möchte, wie kann
» ich diesen Betreiben? mit mehr als 20dB, damit er stabil bleibt oder mit
» weniger - und wieso.
»

Du solltest dich mal durch die Halbleiter-Lehren durchgraben.

Ein OPAMP besteht aus mehreren Einzelteilen, Funktionsgruppen.
Es beginnt mal schon mit der Diode, mit dem Transistor.

Welche Eigenschaften hat ein Transistor.
-> Gleich folgend in einem Verband von Transistoren, als Operationsverstärker verdrahtet.
- Vergleiche das mit einem diskret aufgebauten Differenzvestärker (zB. Audio-Amp).

Einige Hinweise, zB:
Dioden-Kennlinie
Transistor-Kennlinie
differenzieller Widerstand
Miller-Kapazität
Induktionen
Temperaturabhängigkeit
Transitfrequenz...
...Übertragungsfunktion
vieles mehr...

Gerald
---

--
...und täglich grüßt der PC:
"Drück' ENTER! Feigling!"

Hallo Thomas,
das ist doch mal eine anschauliche Erklärung! Du schreibst:

» nämlich weil die 180º-Phasenverschiebung absolut sicher erfüllt ist und die Gegenkopplung wird zur Mitkopplung...

dazu eine Anmerkung:
Dem "Einsteiger" stellen sich dann natürlich 2 Fragen:

>wieso 180° Phasenverschiebung beim nichtinvertierenden Verstärker? -> das sind die Hochfrequenzeigenschaften der Schaltung, parasitäre Kapazitäten und (weniger) Induktivitäten sowie Verzögerungen...

>Wieso schwingt die Schaltung bei 0 dB Verstärkung? -> Nun ja, der OP-Verstärker hat ja potenziell eine sehr hohe Verstärkung, er wird nur durch die Beschaltung "genötigt", nach außen 0dB zu zeigen. Innen siehts anders aus, da kann er mehr - siehe wieder HF-Eigenschaften. Ach ja, und evtl. Stichwort Schleifenverstärkung....

Ich würde das so zusammenfassen: Durch parasitäre Effekte kommt es bei/ab einer bestimmten Frequenz zu einer "scheinbaren" Beschaltung des OPVs, die eine Phasendrehung von 180°, Mitkopplung sowie eine Verstärkung >1 bewirkt.


soweit meine Gedanken dazu, vielleicht hilft das ja dem Fragesteller.

Grüsse

Hartwig

» Ich würde das so zusammenfassen: Durch parasitäre Effekte kommt es bei/ab
» einer bestimmten Frequenz zu einer "scheinbaren" Beschaltung des OPVs, die
» eine Phasendrehung von 180°, Mitkopplung sowie eine Verstärkung >1
» bewirkt.

Möglicherweise hilft das dem TE zusätzlich. Vielen Dank für Deine Unterstützung.

Ich wollte es einfach nur bei einer praxisnahen leicht verständlichen Erklärung belassen, so das man mit einem einfachen Experiment leicht nachvollziehen kann.

Im Praktikum verwende ich Deinen Texinhalt etwa ähnlich, wobei ich dann auf die passenden Stellen im Bode- und Schaltdiagramm verweise.

Du hast jetzt an seiner Stelle schon geantwortet, schauen wir mal, was er dazu schreibt, wenn er sich denn meldet...

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EDIT:
Vielleicht meldet sich der TE avvf (alias Wolfgang Maier) hier nicht mehr, weil er auf zwei Hochzeiten tanzt.
Siehe hier:
http://www.mikrocontroller.net/topic/348120#new

--
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