integrator op 375kHz CA3130

Voor een PWM signaal te verkrijgen gebruik ik eerst een integrator welke van de blokgolf (375kHz) een mooie driehoeksgolf maakt.
Dit bleek met de CA3130 prima te werken als integrator.
Nadeel is alleen er is een bypass condensator van 5,6pF benodigd.
Na zoeken op een ander type opamp kwam ik uit op de TLC271.
Nu heb ik een dubbele integrator nodig zodat ik de dubbele uitvoering kies de TLC272.
Deze opamp geeft volle specificaties tot 300kHz, ik zit er dan net iets boven.
Zijn er andere opamps welke ik goed kan gebruiken, het liefste met een Fet ingang?

"tijd is relatief"
blackdog

Golden Member

Hi Martin V,

De amplitude van je driehoek signaal is ook belangrijk, dit i.v.m. je slew rate.
Een oudje is b.v. de LF356 fet opamp, met als voordeel een lage ingangs capaciteit.

Een modernere opamp os de OPA140 Series, bijna 2x sneller dan de LF356 maar wel door zijn lage ruis 2x zo grote ingans capaciteit.

Als je nog beter wil en je komt uit met zijn maximale voedingspanning, kijk dan eens naar de TI OPA810
Lage ingangs capaciteit, snel en kan vrij veel stroom leveren.

Groet.
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha Martin V,

Die Op amp die je gekozen heb tja dat is te krap tenzij je nog een pool er bij gebruikt.
Dus een geïnverteerde Miller integrator met twee polen dan is je gekozen Op amp te gebruiken (denk ik) je kunt ook 1 transistor gebruiken ;)
Nu begrijp ik dat je twee integrators gebruik let dan wel op dat er geen overlap ontstaat een en ander moet dus wel stabiel zijn :D

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ha Martin V,

Ik heb nog even tijd gevonden om een ontwerpje te maken (voorstel) met de door jou gekozen Op amp.

De uitgang is direct pin 1 van de Op amp voeding spanning is arbitrair gekozen :D

Als je de integrator met een hogere Q wilt bedrijven dan in de freedback een Op amp opnemen !
Misschien heb je er iets aan ;)

Groet,
Henk

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hartelijk dan k voor jullie reacties @Blakdog en @Electron.

Dat de TLC272 geschikt zou kunnen zijn is slechts een aanname, getest heb ik deze opamp niet, maar grote kans dat het naar behoren werkt is er wel.
@Blackdog ik zal die typen die jij voorstelt eens gaan proberen in mijn schakeling. De LF356 en de OPA140. Misschien dat ik de OPA810 ook wel ga proberen.
Waarom nu deze vraag?
Met de CA3130 had ik wel wat problemen, de uitgang kon ik niet zo maar op de scoop aansluiten er moest een weerstandje van 390 ohm in serie met de uitgang staan.
En dan heb je nog die extra frequentie bypass condensator die gebruikt moet worden. Voor wat de prijs wat deze opamp kost is ca. 2 euro heb je een sneller en beter type voor dezelfde prijs.
En die CA3130 lijkt mij een beetje obsolete, tegenwoordig zijn er betere voor dezelfde prijs te koop.
Ik laat hier een detail schema zien van de integrator in mijn schema:

Er worden twee integrators gebruikt voor twee aparte fasen.
Uit een 6MHz kristal wordt na deling een blokgolf van 375kHz verkregen. Door dat signaal in een inverter te sturen krijg ik twee fasen.
Van iedere fase wordt met een integrator een driehoeksgolf gemaakt.
Met een weerstandje wordt het audio signaal gesommeerd met de driehoekspanning.
Dit gaat naar een snelle comparator de LT1016 die er een PWM signaal van maakt.

@Elektron, bedankt voor het schema ik zal dit zeker gaan testen.
Maar de ingangsspanning is bij mij geen 1V, maar 5V (TTL).
De voeding van de integrator is 5V symmetrisch (dezelde spanning als de LT1016 comparator). Maar in ieder geval zal ik jouw schakeling gaan proberen met de TL272.

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Dat gaat met de door jou voorgestelde Op amp niet lukken i.v.m. de GBW 1 V in is met de berekende versterking max.... en is dan vrij van vervorming.
Nu zal een groter ingangssignaal makkelijk te verzwakken zijn.

Let er wel op dat in beide kanalen de vertraging gelijk is dit in verband met overlap ander is je uitgangssignaal niet goed !

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 8 september 2020 19:12:35 schreef Martin V:
Dat de TLC272 geschikt zou kunnen zijn is slechts een aanname, getest heb ik deze opamp niet, maar grote kans dat het naar behoren werkt is er wel.

Op 8 september 2020 19:46:23 schreef electron920:
.. en is dan vrij van vervorming.

Let wel op de lineariteit, want mede daarvan hangt natuurlijk ook je modulatiekwaliteit af.
De getoonde driekhoek is nog vrij krom, de afwijking in het midden is goed 7 %, en in het begin zit er ook een rare bocht.
Als je de figuur horizontaal wat uitrekt, is dat gemakkelijker te zien:

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op 8 september 2020 20:07:28 (11%)]

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
blackdog

Golden Member

Hi Martin V, :-)

De problemen waar je tegenaan loopt met de CA3130e is wat met veel CMOS opamps aan de hand is, die houden niet van capacitieve belastingen.
De CA3130e kan redelijk wat stroom leveren, maar dat is niet voldoende, dat moet ook kunnen bij capacitieve belastingen.
Dat merk je aan de hand van de serie weerstand die nodig is om het een beetje te laten werken.
De CA3130e was toen hij uitkwam vrij uniek en nu nog steeds voor verschillende doeleinden goed toe te passen maar niet de jouwe. :-)
De 5,6pF is heel klein, dan zit je dicht tegen het genereren aan(te kleine fase marge)

De OPA140 is bij Farnell te koop de OPA810 zag ik niet bij Farnell in de lijst staan.
Je kan ze als Sample bij TI aanvragen als je een bedrijf hebt, meestal is het 5 stuks per type.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Nu zal een groter ingangssignaal makkelijk te verzwakken zijn.

Dat lijkt me geen probleem door een weerstand spanningsdeler ervoor te zetten.
Dat de beide vertragingen exact gelijk moeten zijn is inderdaad belangrijk. Daarom zal ik 1% metaalfilm weerstanden en een condensator met een zo klein mogelijke tolerantie gebruiken.

Maar in het schema gebruik ik twee AND poortjes die de PWM spanning inschakelen op het moment dat de blokgolf uit de deler een logische 1 is. Hierdoor missen we weliswaar 50% van de duur van de PWM spanning, maar beide kanalen kunnen elkaar nooit overlappen en op dezelfde tijd "aan staan".

De maximale duty-cycle is daarom nooit meer als 50%.

*edit ik zie dat er wat reacties bijgekomen zijn. Ik heb nu geen tijd om te reageren ik zal dat later op de avond doen, nu moet ik weg.

[Bericht gewijzigd door Martin V op 9 september 2020 00:24:09 (11%)]

"tijd is relatief"

Ha Frederick E. Terman,

Goed punt maar ja dat had ik ook aanschouwd ;) dat is onderandere de toch wel krappe OP amp ik heb nog even de schakeling op 5 V gezet hetgeen @Martin V aangaf en de pool een beetje verschoven is iets beter.

Aan de andere kant pak ik altijd reële componenten in mijn berekeningen dus niet 4 cijfers achter de komma ergens ins Blaue hinein O-)
En in mijn bibliotheek zijn alle componenten voorzien van de nodige parasitaire eigenschappen dus zo'n styroflex condensator heeft echte diëlektrische verliezen en laat ook het dipool moment zien, wervelstroom (Eddy current) en verplaatsingsstroom.

Ik ga er van uit dat @Martin V de deel deeleigenschappen eerst meet dus de lineariteit van de converter.
Nauw heb ik in een van mijn ontwerpen/apparaten ook een blok naar driehoek gebruikt maar dat gaat niet met 1 Op amp ;( maar we moeten wel onderscheid maken of het een professioneel apparaat betreft of voor de hobby !

@backdog,

Ik denk dat een TL084 redelijk in de buurt komt 400 kHz bij 10 x ....
Je kunt nog zeker wel verbeteren maar dat is even rekenen wel leuk als je tijd heb ;)

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Let wel op de lineariteit, want mede daarvan hangt natuurlijk ook je modulatiekwaliteit af.

Hallo Frederick E. Terman. Inderdaad is in jou voorbeeld te zien dat een mooie driehoeksgolf, minder mooi is als die lijkt.
Een kleine afwijking kan grote gevolgen hebben.
Nu blijkt het belang van dit topic dat een relatief simpele schakeling erg precies dient te werken.
Het gebruik van goede opamps en de juiste componenten zijn belangrijk om die vervorming welke u laat zien niet gewenst is.

De OPA140 is bij Farnell te koop de OPA810 zag ik niet bij Farnell in de lijst staan.

Intoetsen van het type nummer op google geeft vanzelf aan waar die te koop zijn.
Ik kwam uit bij Mouser.
@Blackdog hoe zit het met de slew rate, moet die zo hoog mogelijk zijn?
De OPA140 heeft een slew rate van 20V/µS, bij de OPA810 is dat 200V/µS.
De OPA810 is zelfs iets goedkoper als de OPA140; alhoewel een paar euro verschil is niet veel.
De LF356 lijkt mij een heel goede opamp, maar de LF357 is nog iets beter.
Zoeken bij Mouser gaf aan dat deze "verouderd" is, bestellen kan een probleem zijn, ze hebben die wel, alleen de voorraad is beperkt.
Tot zover blijft het bij drie mogelijke typen; de TLC272, OPA140 en OPA810, ohja de TL084 werd ook genoemd.

Weet iemand welke RC combinatie ik het beste kan gebruiken voor die integrator?

De condensator is bij mij experimenteel, de weerstand is 10kΩ.
Ik gebruik hier 150pF, als ik de tijd bereken en die deel door 10.000 ohm kom ik uit op 266pF.
Een kleinere condensator geeft meer spanning op de uitgang een grotere minder spanning.
Ik kan natuurlijk de helft gebruiken dat is 130pF, afgerond 150pF, ,hetzelfde als wat ik nu heb.

we moeten wel onderscheid maken of het een professioneel apparaat betreft of voor de hobby !

Eerst voor de hobby, later voor commerciële doeleinden, maar dat zal pas zijn nadat het ontwerp geoptimaliseerd is.

"tijd is relatief"
blackdog

Golden Member

Hi Martin V,

Bij nader inzien is de LF356 misschien minder geschikt...
Dit door de niet echt goede uitgangs commonmode, je gebruikt +-5V zag ik, en de uitgang zal bij de LF356 3V verlies hebben vanaf iedere voedingslijn.
Hangt weer af van zijn belasting, voor al in de hogere frequenties.
Dat is weer van belang voor je lineariteit in de hogere frequenties.

De LF357 had ik ook gezien, maar die is niet 1x stabiel en heeft de zelfde commonmode problemen, het is het zelfde IC als de LF356 alleen decompensated.

Trouwens, de uitgangsspanning van je gebruikte opamp is afhankelijk van zowel de 10K in jouw schema aan de inverterende ingang, alsook de waarde
van de integrator condensator.

Daarmee kan je dus spelen voor een zo gunstig mogelijke schakeling voorde door jou gebruikte opamp.

De OPA140 serie is Rail to Rail aande uitgang en dat komt bij jouw voedingspanning goed uit.
Hij is ook gain 1x stabiel, dus geen compensatie condensator nodig, lage bias stromen, lage offset, lage ruis.
Zoals ik al aangaf, is de ingans capaciteit wat hoger, maar als je de weerstadn van 10K wat lager neemt en je Condensator wat groter lijkt me dat geen probleem.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

@Blackdog hartelijk bedankt voor uw reactie.

Bij nader inzien is de LF356 misschien minder geschikt...

Dan schrap ik die uit het lijstje, bovendien is die toch moeilijk leverbaar en obsolete.
Ik hou het maar bij de OPA140, volgens jou is dat ook de beste keuze omdat die rail to rail is en dat lijkt me de lage voedingspanning wel belangrijk.
De OPA140 is makkelijk te leveren en niet erg duur.

Zoals ik al aangaf, is de ingans capaciteit wat hoger, maar als je de weerstand van 10K wat lager neemt en je Condensator wat groter lijkt me dat geen probleem.

Dat is ook geen probleem, ik kan alle kanten op met die RC combinatie.

Weet iemand welke RC combinatie ik het beste kan gebruiken voor die integrator?

Ik heb gelezen dat de RC tijd kleiner moet zijn als de tijd van de puls.
Ik gebruikte hiervan de helft van de tijd maar het kan nog kleiner.
Door voor de C een reactantie te kiezen welke even groot is als de weerstand.
Voor mij betekend dat een capaciteit van 42pF, afgerond is dat 47pF (standaard waarde).
Maximaal is dat 266pF, dus een C tussen 220 en 47pF voldoet goed.
Allemaal bedankt voor het meedenken.

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Ga je het concept gebruiken volgens je ontwerp tekening ?
Ik heb nog gekeken wat de opmerking van @Frederick E. Terman betekend op de modulatie vervorming...... als de integratie functie niet goed kan volgen maar daar ben ik nog niet uit !

De Op amp welke je zou willen gebruiken die is voor de functie niet beter als een TL082 :D 20 V / µs
Wat je wil doen is van 0...5 V over 2,66 µs je Op amp zou minstens 10 keer sneller moeten zijn.
De OPA 140 is een fractie sneller als een TL 082 dat is de reden dat ik een 2e orde laagdoorlaatfilter gebruik.

Ik zal proberen om straks met de OPA 140 en een 1e orde de waardes te berekenen.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi electron920,

Bij de TL070 en de TL080 series van TI is ok de commonmode aan de uitgang niet echt goed, dit net als de LF356.

Al die opamps zijn ontwikkeld voor +-15V voeding spanningen.
Dat houd in dat je bij wat belasting van de opamp 3V van je voeding per kant kan kwijt zijn.

En dit samen met de openloop versterking die zakt bij belasting en lagere voedingspanningen.
Alle TI gegevens/grafieken zijn bij +-15V gedaan.
Kleine pluspuntje voor de enkel opamp uitvoering, daarbij kan je "Feedforward" gebruiken voor wat extra snelheid, zie Figuur:21 in de datasheet.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha blackdog,

Ja dat is waar +/- 5 V maar om de integratie uit te voeren kan je volgens mij niet meer als 2 V uit bereiken voor een beetje lineariteit.
Bij mij is fig 21 de uitgang impedantie |:( andere datasheet !
En dan nog weet ik zo een twee drie niet welke lineariteit nodig is om welke vervorming te bereiken daar ben ik nu mee bezig.
Maar de OPA 140 is prima maar of daar de lineariteit mee bereikt wordt vraag ik me af.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ga je het concept gebruiken volgens je ontwerp tekening ?

Dat denk ik wel Henk, ik zie niet zo gauw een andere oplossing.

Nog even een vraagje:
Een integrator is eigenlijk een laagdoorlaat filter.
Kan ik daarom een Butherworth filter ook gebruiken?
Of zou een Bessel filter beter zijn?
Onderstaande voorbeeld is een Butherworth filter 2e orde?
Deze heb ik berekend op de gewenste frequentie en dan komt dit eruit:

Is dit ook bruikbaar om er een mooie (lineaire) driehoeksgolf uit te krijgen?

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Ik kom later in de avond terug je kunt elk laagdoorlaatfilter gebruiken er zit een afwijking tussen een ideale Op amp en condensator en de praktijk.
Eerst bepaal je de DC versterking dus de Rf/Rin en daarna bereken je het -3 dB punt Fo 1/2πRC.
Door nu zoals in mij voorbeeld ontwerpje een 2e pool te gebruiken wordt het -3 dB punt scherper je vindt dit terug in de lineariteit van je driehoek golfvorm.

Nu is bij elke OP amp de slechtste conditie de volgende.... 1) als er geen Vin (0) is dus Iin uit je feedback moet komen (condensator) en 2) Als er een ongewenste Ib gevraagd wordt.
Je kunt (maar dat is voor later) een en ander compenseren door de offset op beide ingangen te gebruiken dus niet je + ingang aan massa maar via de zelfde waarde van de ingangsweerstand ;) berekening volgt.
Ook kan je een stroombron gebruiken om een offset te genereren hierdoor heb je een stuur om te corrigeren later meer.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Wanneer ik een Butherworth filter gebruik, 2e orde dan moet wel de vertraging precies 90° zijn.
Zoals ik dat met een normale integrator ook zal krijgen.
Dit is van belang omdat ik iedere halve cycle op 180° de PWM puls aan de uitgang doorgeef met een AND poortje als schakelaar.

*edit: inplaats van een laagdoorlaat filter zit ik te denken aan een all-pass filter met een vertraging van 90°.
Of dat zinvol is, lees ik wel.

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Ik ben nog bezig ik denk dat ik morgen kan posten tekenwerk koste iets meer tijd :D
Wat ik probeer te doen is een handvat aan te rijken zodat je daar op verder kan borduren.
En dit zonder al te veel wiskunde maar op een voor de meeste CO-ers gangbare reken methode.
Een integraal oplossen is geen rocket science maar als je de taal niet spreekt kan je hem vaak ook niet verstaan ;(
En wiskunde is niet te vergelijken met een vorm van rekenen maar is een echte taal.

Goed even tussendoor kijk je kunt ook van een RC driehoek uitgaan en een PLL dan ben je veel fouten kwijt lineariteit timing enz maar je bent een weg ingeslagen en die is prima dus waarom een geheel ander concept :?
Als je de passieve en actieve integrator goed begrijpt dan is het nooit meer een probleem !

Dus eerst kijken naar de passieve RC integrator dan met transistor of OP amp.
Waarna direct de keuze van de Op amp volgt en eventueel compensatie technieken zoals offset begrenzen enz.

Eerst even jou vraag van nu overwegend gebruik je een Gauss laagdoorlaatfilter 1e orde dat betekend dat de start van het filter op DC ligt.
Eerst kies je een ingangsweerstand zeg 100 kΩ
Dan de condensator op de integratie frequentie bepalen 1 / 2π x 100 kΩ x 375 kHz.
Daarna de condensator op de lage frequentie bepalen 10 / 2π x C1 x 37.5 Hz.
De geschikte Op amp er bij zoeken GBP 10 x de integratie frequentie 10 x 375 kHz.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Een reactie tussendoor; ik heb een site ontdekt van Analog met een filter programma.
Voer je specificaties in en kijk wat eruit komt rollen.
Dit programma geeft zelfs aan welk type opamp er gebruikt kan worden.
https://tools.analog.com/en/filterwizard/
Na wat gespeeld te hebben met het programma, hou ik het voor mijn integrator maar bij de opa140.

"tijd is relatief"
blackdog

Golden Member

Hi Martin V,

De Fiter Wizzard van Analog is één van de twee tools die ik voor mijn filter ontwerpen gebruik.
En de tweede is: FilterPro Desktop van TI, het is oude software die niet goed onder W10 draait. (ik heb een copie van de .exe voor je als nodig)

Je kan alles kiezen in de TI software tot je de frequentie kromme ziet, dan zit de software 2 a 3 minuten vast.
Gewoon wachten en je kan de software normaal gaan gebruiken, het is even lastig, maar als je het weet geen probleem.
Je hebt wat de condensatoren betreft wat meer stapjes betreffende de E-reeksen, je kan voor weerstanden en condensatoren dit kiezen E6 t/m E192.

Met de TI software kan je ook mooi filters maken met hun symetrische opamps serie, deze opamps hebben twee ingangen en twee uitgangen,
Veel in prof audio in gebruik en het aansturen van symetrische ADC chips.

Maar terug naar je Integrator, ik zie graag wat uiteindelijk je resultaten zijn. :-)

Groet,
BRam

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha Martin V,

Ik heb de berekening in de post boven jou gezet !
Nu ken ik dat berekening programma niet maar zou dat voor een integrator werken :?
Even naar jou Op amp gekeken die is prima bruikbaar maar niet beter als jou eerste keuze.

Opzet Op amp OPA140 integrator,

De generator geeft de maximale ingangsspanning aan 3 V de uitgang niet kleiner als 47 kΩ belasten.
In de praktijk zal je misschien nog iets moeten aanpassen hoewel ik met een echt model rekent en met een echte condensator.
De component waarden zijn standaard ook is er rekening gehouden met de offset daarom de zelfde waarde in de + ingang.

Maar ik ben met de stabiliteit niet tevreden die OP amps zijn naar mijn mening niet stabiel genoeg ;(
Ik heb ook nog gekeken hoe je kan bepalen welke niet-lineariteit op de driehoek verantwoordelijk is voor de vervorming dit is voor later !

Misschien heb je hier iets aan want ik denk dat een filterprogramma niet toereikend is.
Het is veel beter voor de Q om in de feedback een Op amp te zetten ter ontkoppeling van de uitgangsbelasting.
Ik laat dit nog zien je kunt de integrator ook niet inverterend uitvoeren zal ik ook laten zien.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Henk, ik ben er nog niet aan begonnen in de praktijk om met die intgrator te experimenteren.
Het totale apparaat heb ik wel in een proefopstelling gebouwd met de CA3130 als opamp voor de integrator, dat werkte prima.
Maar ik wil het nu eens opnieuw en netter bouwen op een geëtste pcb.
Daar ik nu te druk bezig ben met andere projecten zal dit dus nog even moeten wachten.
Maar in ieder geval bedankt voor het ontwerp/schema Henk, ik zal dit ter zijner tijd gaan proberen.
De opamp opa140 heb ik ook niet, die zal ik eerst moeten gaan bestellen.

@Blackdog, ik dacht al dat je dat programma van Analog interessant zou vinden (ik dacht dat is echt wat voor Blackdog) maar je hebt die site al. Het filter Pro desktop programma van TI is mij al een tijd bekend.
Ik heb deze regelmatig gebruikt om filters te ontwerpen, dat vindt ik ook een mooi programma.

"tijd is relatief"