ungelöst OpAmp LMP773x

[Udo]

Hi Andreas,
jetzt wanderst Du aber ganz schön durch den Garten der Elektronik,....gut so, weicht aber etwas on Deiner Zielsetzung "Vom Output zum Input" ab. Wie schon erwähnt, dürfte das aus meiner Sicht ohne Änderung der Schaltung kaum möglich sein.
Zur Stabilität von OPAmp-circuits:

Die Phasenreserve von OPAMP-Schaltungen kann man natürlich auch in(mit) LTspice bestimmen.

Ein Video dazu gibt es unter analog.com mit dem Titel "LTspice Stability of OpAmp circuits". Ich hab Dir mal die gezippten example-files angehängt.

Gruß Udo

 

[beldowsk]

Hallo Udo,

zunächst Dank für den Hinweis. Das Verfahren im Video lies sich leicht und schnell nachvollziehen.
Jetzt ist nur das Problem, wie die Ergebnisse zu interpretieren sind?

Hinweis: Der Solver "Normal" verträgt sich nicht mit der LMP773x.lib. Entweder es gibt ne Fehlermeldung, oder die Ergebnisse erscheinen nicht glaubwürdig. Der Solver "Alternate" kommt mit der LMP773x.lib zurecht, scheint aber andere Einschränkungen zu haben?! So fängt ein Frequenzgang nicht bei 0dB an?!

Hier Mal 4 Diagramme mit unterschiedlichen Verstärkungen für den OpAmp. Zunächst fällt die mit Verstärkung 1,5 aus dem Rahmen der anderen 3?! Wieso?

Bei meinem realen Adapter hab ich Mal die Verstärkung langsam höher gedreht. Lange Tut sich nichts, weder an der Frequenz noch an der Amplitude. So bei einer Verstärkung von 2 verändert sich das Signal wie in der Anlage zu sehen.

Bei noch größerer Verstärkung verschwindet das 11kHz-Signal plötzlich. Wenn ich aber den Test-Ton anschalte, muss ich den Pegel von 44 auf 12 verringern um kein völlig verzerrtes Signal am Output des ersten OpAmps zu bekommen. Es sieht so aus, als wäre die Verstärkung sehr viel größer als 3, was ja eigentlich nicht sein kann?! Es sei denn, am Ende des Trimmer wird dessen Widertand unendlich?!

Gruß Andreas

 

[Udo]

Hallo Andreas,

auf welche OP-Schaltung beziehen sich die 4 Diagramme ?, bitte mit anhängen.

Gruß Udo

 

[beldowsk]

Hallo Udo,

hier die Dateien. Die vom LMP773x lass ich hier weg.

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

bei "Verstärkung 1_0..." (Beitrag von gestern 9:42) hatte ich wohl einen Fehler gemacht. Bei genauerer Untersuchung habe ich entdeckt, das genau bei X=14,97kOhm ein Umschlag geschieht, von X=0 bis X=14,96kOhm gibt es die eine Charakteristik, für X=14,98kOhm bis X=20kOhm die andere.

Gruß Andreas

 

[Udo]

Hallo Andreas,

mir ist aufgefallen, dass Du die OP-Amps immer mit einer Versorgungsspannung speist. Der LMP773X mag das anscheinend nicht, insbesondere, wenn es negative Eingangsspannungswerte gibt. Wie schon bei einem vorherigen Mail erwähnt, kenne ich Sallen-key Filters nur mit entweder
a) +/- Versorgungsspannungen, oder
b) falls nur eine Versorgungsspannung zur Verfügung steht, > Spannung halbieren (GND ist mittig). +/- 3V für LMP773X
Dafür waren ja in der Schaltung mal die Widerständer R14/R15 (1k mit Siebkondensator) gedacht. Wo kommen die 36 Ohm Serienwiderstand der 6V-Versorgung her? Ist das realistisch ?

Ich habe mal die AC-Analyse für beide OPs U1,U2 in der Schaltung getrennt durchgeführt. Dazu habe ich jeweils die OpAmp-Teile aufgeteilt, um die Einzelergebnisse zu sehen, jeweils für alle 3 Verstärkungsfaktoren. Ab einer Verstärkung (Gain) von 2,5 wird U2 leicht instabil, weil die Phasenreserve nur noch 21,7° ist. Das wird bei Gain=3 deutlich. Ich habe mit +/-3V Versorgung gearbeitet, der GND liegt also in der Mitte. Bei der bestimmung der Phasenreserve messe ich
immer V(out)/Vin, Gain ist ja ein Verhältnis, wobei man im Sonderfall Vin=1 nur v(out) messen muss. Das Ergebnis der Phase sollte unter 180° liegen, wobei die Phasenreserve der Abstand bis zum Phasenrand von 180° ist, siehe Plots mit
Angaben in der Schaltung. ZIP-File ist angehängt.
FFT habe ich noch nicht gemacht. Ich schaue mal, was sich machen lässt.

Gruß Udo

 

[beldowsk]

Hallo Udo,

ich will bei einer Stromversorgung über USB oder Batterie/Akku (4,5 oder 6 V) bleiben. Statt R14 und R15 ist ja nun ein Trimmer als Spanungsteiler drin. Es macht doch wohl keinen Sinn die OpAmps zwischen V+=+6V und V-=+3V zu versorgen? Im Datenblatt des LMP7731 heißt es:

5V Electrical Characteristics
Unless otherwise specified, all limits are ensured for TA = 25°C, V+ = 5V, V− = 0V, VCM = V+/2, RL > 10 kΩ to V+/2.

Wobei ich nicht weiß was “10 kΩ to V+/2“ bedeuten soll?!

Wie ich aus +6V Batteriespannung +3V und -3V mache müsstest du mir verraten. Bei einem ersten googlen hab ich dazu nichts gefunden.

Ich hab inzwischen noch etliche andere Darstellungen zur Stabilität von OpAmps zusammengesucht. Vieles ist mir noch unklar, aber ich arbeite daran. Aufgefallen ist mir, das zumeist von mangelnder Stabilität gesprochen wird, wenn nach einem Sprung des Input der Output Überschwingt aber doch langsam abklingt. Bei mir schwingt es ja kontinuierlich, wie ein Oszillator?!

Die Nachlieferung mit dem Trimmer für U2 ist heute gekommen. Muss also erst Mal wieder alles auseinandernehmen und ihn einlöten. Ich werde mir dann den Trimmer an U1 auf eine Verstärkung von 2 einstellen, mir scheint das meine LTspice-Simulationen damit einen stabilen Output an U1 erwarten lassen.

Gruß Andreas

 

[spicer]

Wie ich aus +6V Batteriespannung +3V und -3V mache müsstest du mir verraten. Bei einem ersten googlen hab ich dazu nichts gefunden.

Wie wärs mit einem Spannungsfolger?




Hier ein Artikel über dieses Thema:

Howto - Aus unipolarer eine bipolare symmetrische Spannung erzeugen (Virtual Ground)

Hier eine LTspice Schaltung mit einem LT1210 (bis 1.1A, max 15V), welche eine stabilisierte virtuelle Masse erzeugt (symmetrische bipolare Spannung). Zbsp wird hier bei einer 12V Quelle ein +6V und ein -6V Ausgang bereitgestellt.

www.ltspiceusers.ch

 

[beldowsk]

Hallo spicer,

als Maschinenbauer hab ich wohl zu wenig Ahnung?! Ich versteh nicht, wie mir +3V hilft? Vielleicht fehlt mir da das rechte Verständnis für eine „virtuelle Masse“.

Um eine Stromversorgung mit +/- hinzubekommen würde ich es mit einem Spannungs-Wandler versuchen. Z.B. ein MAX 680 CPA, der macht aus +5VDC dann + und - 10VDC am Ausgang.

Im Datenblatt des LMP7731 werden „Electrical Characteristics“ von 2,5; 3,3 und 5V angegeben. Immer ist V+ mit 2,5; 3,3 bzw. 5V und V- mit 0V angegeben. Das würde für mich bedeuten, das ich diesen OpAmp garnicht mit einer negativen Spannung an V- betreiben darf?!

Gruß Andreas

 

[Udo]

Hallo Andreas,

ich hatte Dir ja die Files zur Stabilität gepostet. Da siehst Du, wie die +/-3V zu verstehen sind. Die 6V werden halbiert über die beiden 1K-Widerstände mit Parallel-Kondensator. Auf die Mitte bezogen ergibt sich dann eine Spannung von +3V und gegenüber dem Mitte (GND) eine -3V Spannung. (6V halbiert = 2x3V mit Gnd in der Mitte.

Gruß
Udo

 

[beldowsk]

Hallo Udo,

meine 4x 1,5V-Batterien könnte ich in der Mitte anzapfen um GND anzuschließen. Was aber mache ich, wenn 5V aus einem USB-Kabel kommen?

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

anbei Mal der ursprüngliche Schaltplan. Die danach gebaute Hardware hat nicht funktioniert.

Liegt der Fehler evtl. daran, das ich die Masse vom Detektor (PMT) und Soundkarte dort angeschlossen habe wo im Schaltplan "Masse" steht? Hätten diese beiden Anschlüsse an die "virtuelle Masse" zwischen R14 und R15 gemusst?

Gruß Andreas

 

[spicer]

Hallo Udo,

meine 4x 1,5V-Batterien könnte ich in der Mitte anzapfen um GND anzuschließen. Was aber mache ich, wenn 5V aus einem USB-Kabel kommen?

Gruß Andreas

Eben wieder mit einem Spannungsfolger wie in Post #28.

 

[spicer]

Hallo spicer,

als Maschinenbauer hab ich wohl zu wenig Ahnung?! Ich versteh nicht, wie mir +3V hilft?

Na Du schriebst:
"Wie ich aus +6V Batteriespannung +3V und -3V mache müsstest du mir verraten."

 

[Udo]

USB-Versorgung:
Ich hoffe die plots sprechen für sich.

 

[beldowsk]

Hallo,

wenn meine Vermutung von Gestern 9:13 stimmt, müsste ein LTspice-Schema so wie in der Anlage aussehen.

Das kann so aber doch auch nicht funktionieren. Dann müssten zumindest die Vminus-Anschlüsse von U1 und U2 an virtGND und nicht an GND. Und auch der Trimmer für den Offset des Input stört die Symmetrie der Spannungsteilung.

Gruß Andreas

 

[Udo]

Eben nicht! Die OP-Anschlüsse IN- gehen bei Dir an den virt-GND, müssen aber an den GND der 6V gehen.
Schau Dir doch einfach mal die Schaltungen zur Stabilität der OP's an. Wo gehen die IN- Anschlüsse der LMP377X Grounds hin ?
An den Ground der 6V.

Gruß Udo

 

[beldowsk]

Hallo Udo,

auf welchen meiner vielen Beiträge bezieht sich dein Beitrag von Heute 12:06? Hattest du mein Schema im Beitrag von Heute 11:34 schon gesehen?
Dort hängt "virtGND" am Minuspol der Batterie und "GND" liegt an der Spannungsteilung von R14 und R15.

Und noch Mal die Frage aus meinem Beitrag von Gestern 09:13: Womit muss ich GND von PMT und Soundkarte verbinden?
Wenn wir beim Schema von 11:34 bleiben: An "virtGND" oder an "GND"?

Gruß Andreas

 

[Udo]

Hallo Andreas,

Meine Aussage vom 29.06. 12:06 bezieht sich auf Deinen Beitrag vom 29.06. um 11:34.

Dort hast Du eine Schaltung abgebildet, mit Anbindung des Ground-Potentials für den LMP773X an den Ground der halbierten Spannung, statt an den Ground der Batterie.

Damit wir vom selben reden:

TI bezeichnet im Datenblatt den +Pol der Versorgung mit V+ (Pin 8 beim 8-poligen chip) und den –Pol der Versorgung mit V- (Pin 4 beim 8-poligen chip). Zwischen diesen beiden Polen wird die Batteriespannung von z.B. 6V oder 5V angelegt. Nennen wir mal das Potential der halbierten oder geteilten Spannung mit GND (das geschlossene Dreiecksymbol) und das Potential mit dem Batterie-GND als „com“ (das offene Dreiecksymbol), dann hast Du den Bezug zu meiner Schaltung mit den Stabilitätsbetrachtungen zu den OP’s U1 bzw. U2, die ich als zip-file am 27.06. 17:25 gepostet hatte. Dort hatte ich lediglich den V-Pol der Batterie noch nicht mit „com“ bezeichnet.

Grundsätzlich ist es egal, wie Du welchen Knoten, bzw. welche Potentiallinie bezeichnen willst. Du musst nur wissen, eine Spannung ist immer eine Potentialdifferenz, z.B. V(ab)=V(a)-V(b). Ist V(a) positiver als v(b), dann ist eben V(ab) positiv. Bei LTspice kann man die – falls über Label Net definiert – Potentialdifferenzen messen lassen. Gibt man nur ein Label-Net als Messpunkt an, so geht LTspice automatisch davon aus, dass gegen den GND(mit dem geschlossenen Dreieck) gemessen werden soll. Damit zwei verschiedene Groundpotentiale definieren kann, gibt es die option mit GND und com.

Wenn Du dein gepostetes File „opengeigerPMTAdapter020623.pdf“ Abb.5 mal ansiehst, dann erkennst Du die - dort nicht als Label Net gekenzeichnete – halbierte Batteriespannung und auch wo V- der OPs angebunden wird. Genauso ist das bei meiner Schaltung vom 27.06. geschehen.

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Nun möchtest Du noch wissen, womit Du den GND von PMT und der Soundkarte verbinden musst.

Da kommen wir jetzt in den Fachbereich der Photomultplier Anwendung. Dafür bin ich nicht der Fachmann. Ich vermute mal, die gehen an den Batterie-GND, bin aber nicht sicher. Außerdem hast Du ja noch ein wave-file als Ziel vorgegeben, mit DC-Anteil ! Da frage ich mich schon länger, wie Du das realisieren willst.
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Alles Gute
Udo

 

[beldowsk]

Hallo,

nun hab ich meine Schaltung komplett (der Trimmer für den U2 ist nachgeliefert worden). Die Verstärkung für den ersten OpAmp habe ich nun auf 2 eingestellt. Die Probleme mit der 11kHz-Schwingung – wie ich sie mit einer Verstärkung von 1 hatte – sind verschwunden.

Das anliegende Histogramm zeigt einen Vergleich zwischen dem Theremino-PMT-Adapter in Blau (Verstärkung durch 2 BC237) und dem PMT-Adapter mit 2 LMP7731 in Grün. Der Theremino-PMT-Adapter zeichnet in 900 sec 276107 Impulse auf, der andere 143991. Zu sehen ist die Szintillationsspektroskopie eines Thoriumhaltigen Glühstrumpfes.

Ob da noch was zu Optimieren ist, muss ich erst noch untersuchen. Ich werde mich noch weiter mit der Stabilität von OpAmps auseinandersetzen.

Gruß Andreas