Eigenontwerp versterker schakeling oscilleert

Hallo,

Ik heb een opamp schakeling ontworpen die van een 0-8Volt ingangsspanning 0-30Volt uitgangsspanning moet maken:
http://members.home.nl/a.vermaning/opamp/opamp.png
In pspice simulatie doet hij het perfect. Ik heb hem op een breadboard opgebouwt en hij oscilleert als een gek. Als ik echter een c'tje van 680nF over R3 plaats, is de oscillatie weg, alleen is de in/uigangsspanning niet meer liniear. Het is een vereiste dat de uitgangsspanning linear met de ingangsspanning veranderd.

Wie o wie heeft een idee om de oscillatie tegen tegaan, of mischien een beter ontwerp idee?

KT88

Moderator

Kijk eens naar een push-pull uitgangstrapje, ongeveer zoals het in dit schema is gedaan:
http://www.circuitsonline.net/circuits/view/7

" Ratings are for transistors.....tubes have guidelines" - www.audioconsultancy.nl -

Op 23 november 2005 22:11:06 schreef Lexy:
Wie o wie heeft een idee om de oscillatie tegen tegaan, of mischien een beter ontwerp idee?

Een voeding?
Schakeling zal niet werken, wat spice ook beweert.
Teveel ontwerpfouten, bv. waarom staat Q2 daar eigenlijk?

[Bericht gewijzigd door MGP op 23 november 2005 22:46:32 ]

LDmicro user.

Op 23 november 2005 22:11:06 schreef Lexy:

In pspice simulatie doet hij het perfect. Ik heb hem op een breadboard opgebouwt en hij oscilleert als een gek.

Dan is de simulatie fout.
Verklaring:
De spanningversterking van Q2 = -R3/R1 = -10
Dan wordt hij matig verzwakt: R7/(R7+R5) = 0,267

Je hebt dus een versterkend tegenkoppelnetwerk voor de opamp van - 2,67 (de fase heb je wel goed).
Je moet zorgen dat de tegenkoppeling verzwakkend is.

Wel een vreemde schakeling trouwens.

Het idee van de schakeling komt uit het boek 'elektronica kunst & kunde' p.177, echter met FET's i.p.v. bipolare torren. Ik heb echter geen FET's in m'n bakjes liggen, dus toen maar 'geprobeerd' met bipolare torretjes :).
De schakeling is bedoeld als aansturing van de Vtune van een TV-tuner om een simpele spectrum monitor te maken. De ingang wordt aangestuurd door de sweep-uitgang van m'n scope (deze levert een 0-8Volt ramp).

De spanningversterking van Q2 = -R3/R1 = -10
Dan wordt hij matig verzwakt: R7/(R7+R5) = 0,267

Ik weet niet waar jij het over hebt maar zoals ie daar getekend is, is de versterking van Q2 behoorlijk afhankelijk van hFE van Q2.

Wat je kunt proberen is om R1 tussen de emitter van Q2 en massa te plaatsen. R3 dan weglaten en van Q1 een bc557 maken. En de ingangen van de opamp omwisselen.

Tenminste als het niet voor audio is. Anders moet het totaal anders. Ik neem aan dat dit niet de bedoeling was ;).

Op 23 november 2005 23:25:52 schreef Lexy:
Het idee van de schakeling komt uit het boek 'elektronica kunst & kunde' p.177, echter met FET's i.p.v. bipolare torren. Ik heb echter geen FET's in m'n bakjes liggen, dus toen maar 'geprobeerd' met bipolare torretjes :).
De schakeling is bedoeld als aansturing van de Vtune van een TV-tuner om een simpele spectrum monitor te maken. De ingang wordt aangestuurd door de sweep-uitgang van m'n scope (deze levert een 0-8Volt ramp).

Vandaar die eigenaardige schakeling.

Je hoeft het niet zo ingewikkeld te maken, een simpele LM339 kan dat ook, zonder extra voeding (max36V) en transistoren.
Een gewone dc spanningsversterking maken.

Edit: maar ik vermoed dat het spanningsverloop een beetje logaritmisch zal moeten verlopen..vandaar die fets ?

LDmicro user.

Op 23 november 2005 23:58:38 schreef Lampie:
Ik weet niet waar jij het over hebt maar zoals ie daar getekend is, is de versterking van Q2 behoorlijk afhankelijk van hFE van Q2.

Oeps, hFE vergeten. Ik zat te slapen. Dan wordt de spanningversterking nog gtoter.

[Bericht gewijzigd door oorpijn op 24 november 2005 11:38:56 ]

Op 24 november 2005 10:22:06 schreef MGP:
[...]
Vandaar die eigenaardige schakeling.

Je hoeft het niet zo ingewikkeld te maken, een simpele LM339 kan dat ook, zonder extra voeding (max36V) en transistoren.
Een gewone dc spanningsversterking maken.

Hmm, volgensmij is een LM339 een comperator, geen opamp. Dan gaat het toch niet werken? Ik heb wel al naar een LM324 gekeken, maar die heeft een max. van 32V en aangezien het geen rail2rail opamp is, wordt de maximale uitgangsturing waarschijnlijk lager dan 30V.

Edit: maar ik vermoed dat het spanningsverloop een beetje logaritmisch zal moeten verlopen..vandaar die fets ?

Nope. De orginele schakeling was bedoeld voor 1KVolt.

Ik weet dat er wel opamps te krijgen zijn die deze spanning aankan b.v. een OPA244 (36V) of een OPA445 (45V). Ik wou het echter met wat meer standaard componenten doen.

Ik heb wel een ander idee gevonden.
http://www.edn.com/contents/images/45890.pdf
Hier wordt een powersupply bootstrapping techniek gebruikt. Mischien dat ik dat vanavond ff ga proberen.

Henry S.

Moderator

Ja hallo, je kan niet zomaar FET's inwisselen voor transistors, en je schema is verre van compleet! En voor de rest: Het is een 1kV low-pow Pïezodriver. 0-10V in.

73's de PA2HS - ik ben een radiohead, De 2019 CO labvoeding.

Ik zal eerst ff mijn excusus maken voor mijn nogal domme schakeling van hier boven. Ik dacht 'ik probeer wat'. Dat was 'een beetje dom'.
Maar goed. Ik heb ondertussen een betere schakeling gemaakt (denk ik):
http://members.home.nl/a.vermaning/opamp/opamp2.png
De eerste opamp zorgt voor een 'virtuele aarde' op ongeveer 1.4 Volt t.o.v. Vee (2*0.7V) . De tweede opamp is vervolgens een normale niet inverterende versterker, die een voedingsspannig krijgt van + 34.6 en -1.4 Volt. Dit is precies genoeg om een uitgangs zwaai van 0-30V te verkrijgen.

Joe Lexy,

Over je eerste schema, heb je dit in transient en in AC gesimuleerd ?
Op het eerste zicht lijkt het me al vrij moeilijk om dit stabiel te krijgen, je eerste opamp heeft slechts een 60 graden fasemarge (ongeveer), en elke bijkomende gainstage (in jouw geval 2) zullen de fasemarge nog eens verder om zeep helpen.
Maw. je opamp meegerekend, heb je een 4 stage versterker. Dit kan op zich mooi werken, maar je moet elke gainstage gepast compenseren, om te voorkomen dat het teruggekoppelde signaal > 180 graden fasedraaiing heeft. Vanaf het moment dat dit het geval is zal je versterker oscilleren.

Over je spice simulatie: je moet zorgen dat je de simulatie resolutie nauwkeurig genoeg zet, anders kan het zijn dat je onstabiliteit gemaskeerd word door een te groffe resolutie.

Vooral een AC simulatie zal soelaas brengen over de al dan niet stabiliteit van je schema.

Over je 2de schema, je hebt een virtuele aarde gemaakt van 1.4 V, maar dit wil dus ook zeggen dat je je 0 .... 8V moet aansluiten tussen die 1.4 en de input van de opamp.
Dan moet je opletten dat het schema dat die 0...8V genereert geen massasluiting krijgt met jou schema, anders heb je 1.4 V tussen de massa verbinding van beide schemas, kan wel wat vonken geven.

Btw, je moet blijven proberen, daar leer je het meeste uit.

Grtz, Jef

Op 26 november 2005 18:58:21 schreef JayT:
Joe Lexy,
...
Over je spice simulatie: je moet zorgen dat je de simulatie resolutie nauwkeurig genoeg zet, anders kan het zijn dat je onstabiliteit gemaskeerd word door een te groffe resolutie.

Vooral een AC simulatie zal soelaas brengen over de al dan niet stabiliteit van je schema.
...

Ik had bij de simulatie van het eerste schema al gezien dat het soms instabiel was. Ik voelde toen al nattigheid, maar ja. Mischien dat ik nog eens een poging waag om dat eerste schema te fixen, maar ik heb al een andere oplossing...

Dan moet je opletten dat het schema dat die 0...8V genereert geen massasluiting krijgt met jou schema, anders heb je 1.4 V tussen de massa verbinding van beide schemas, kan wel wat vonken geven.

Ja dat weet ik en dat levert(de) gelijk een ander probleem op. Ik heb ook nog een 9V voedingspanning nodig. Met deze opstelling kan ik die 9V niet gemakkelijk van de 36V voeding aftappen (via een 3potige regulator).
Om dit probleem te omzeilen heb ik i.p.v. de virtuele aarde via een opamp, een negatieve spanning gegenereerd via een NE555 en een ladingspomp. Deze spanning wordt via een 3.6V zener 'gestabbliseerd'. Op deze manier heb ik geen problemen meer met de aarde.
BTW.: Ik heb de negatieve spanning verhoogt naar 3.6V omdat bij lagere spanning de overdracht niet goed linear is in de buurt van de 0 volt).

In het eerst gegeven schema zijn de ingangen van de opamp verkeerd aangesloten: De feedback lijn ( met de 100 Ohm weerstand) zit aan de + ingang, die moet aan de - ingang. Daardoor heb je oscillaties.

Verder kun je dit als stelregel nemen bij negatieve feedback:

De opamp zal de uitgang zo afregelen, dat de spanning op zijn - ingang gelijk gaat worden aan die op de + ingang.

Leg deze stelling maar eens naast een standaard inverterende versterker, of niet inverterende versterker. Als je nu een dikke tor in het feedback circuit stopt, gaat dit nog steeds op, maar kun je opeens meer stroom leveren omdat de tor 'm daar bij helpt.

In het eerst gegeven schema zijn de ingangen van de opamp verkeerd aangesloten: De feedback lijn ( met de 100 Ohm weerstand) zit aan de + ingang, die moet aan de - ingang. Daardoor heb je oscillaties.

Niet waar, dit is niet de reden. Q2 zorgt immers voor een 2de inversie, waardoor het teruggekoppelde signaal toch in tegenkoppeling is.

De oscillatie wordt gewoon veroorzaakt doordat de bijkomende fasedraaiing van Q2 en Q3 bij de fasedraaiing van de opamp zorgt voor positieve feedback. (fase > 180 graden)

Op 30 november 2005 13:29:30 schreef JayT:
[...]

Niet waar, dit is niet de reden. Q2 zorgt immers voor een 2de inversie, waardoor het teruggekoppelde signaal toch in tegenkoppeling is.

De oscillatie wordt gewoon veroorzaakt doordat de bijkomende fasedraaiing van Q2 en Q3 bij de fasedraaiing van de opamp zorgt voor positieve feedback. (fase > 180 graden)

Je hebt helemaal gelijk, ik had niet goed opgelet hoe Q2 geschakeld was. Leek op het eerste gezicht een vorm van eem concrete darlington schakeling (Q2 & Q1). Bij nader inzien zit die Q2 er inderdaad als inverter tussen.

Die zou er zelfs tussen uit kunnen, en dan alsnog de opamp ingangen omdraaien. Die hele Q2 trap is erg overbodig, aangezien de opamp meer dan voldoende stroom aan de basis van Q1 kan leveren.

Edit: Q3 waar we't over hebben is eigenlijk Q1 in het schema, er is geen Q3

Op 30 november 2005 20:59:43 schreef MagicBox:
[...]
...
Die zou er zelfs tussen uit kunnen, en dan alsnog de opamp ingangen omdraaien. Die hele Q2 trap is erg overbodig, aangezien de opamp meer dan voldoende stroom aan de basis van Q3 kan leveren.

Nope, die dient als levelconverter tussen de twee voedingen. Als je die zou weglaten, zou je uitgang begrensd zijn op iets minder dan 15V ipv iets minder dan 40V
(vervang 'iets minder dan' door Vbe...)

Op 30 november 2005 21:03:09 schreef hanzipanz:
[...]

Nope, die dient als levelconverter tussen de twee voedingen. Als je die zou weglaten, zou je uitgang begrensd zijn op iets minder dan 15V ipv iets minder dan 40V
(vervang 'iets minder dan' door Vbe...)

Brr waar zit ik met m'n koppie vandaag, nu pas ziet ik dat de voedingen verschillend zijn.

Nu ziet ik ook in waarom de schakeling erg gevoelig is voor oscillatie.

Als je in de Emitter leiding een weerstand zet die (40/15) x zo klein is als zijn collector weerstand, zal 'ie veel stablier worden. De 1k voorschakel weerstand weghalen. Zoals Q2 nu is geschakeld, zal het voor de opamp heel moeilijk worden de stroom stabiel in te stellen. Een minimale wijzging in de basis stroom heeft als gevolg (door de hoge Hfe) dat de spanning over de collector weerstand aardige kan gaan swiepen.

Door een emitter volger versterker te gebruiken beperk je de gain van de levelconverter ten behoeve van de stabiliteit.

Edit: Nog vergeten: De emitter weerstand niet meer naar de GND laten lopen, maar naar de -15V. Anders wil de spanning op de uitgang niet lager dan 15v :)