OP Verstaerkung Faktor 15, bei 25 Mhz

16/08/2008 - 19:19 von Jan Dittmer | Report spam
Hallo,

ich verzweifele ein wenig ueber einer sich aufschwingenden
Operationsverstaerkerschaltung. Das Ausgangssignal eines AD9958
DDS Chips der 2 Vpp mit Offset 1.55 V ausgibt soll von DC (1 Hz)
bis 25 MHz auf 30 Vpp verstaerkt werden - Faktor 15. Erste
Schwierigkeit war die Wahl der Opamps die 15 Vpp ausgeben koennen
und gleichzeitig noch eine Verstaerkung groesser 1 bei 25 MHz
machen. Herausgefiltert hab ich den THS3001 der in der MSOP Version
18 V+- vertraegt und tatsaechlich auch auf +-15 V verstaerkt. Leider
ist der Chip nicht so gut, dass er direkt Faktor 15 verstaerken kann.

Also hab ich eine Kette aus vier Operationsverstaerkern aufgebaut.
Der erste subtrahiert den Offset weg, die anderen drei teilen sich
die Verstaerkung auf (4*2*2 sollen es sein). Das ganze habe ich
aufgebaut und laeuft auch - manchmal und dann sieht das Ausgangssignal
auch brauchbar aus.

Wenn nicht, sieht man auf dem Oszi einen breit
verschmierten Sinus, der Stromverbrauch steigt stark an und die OPs werden
ganz schoen heiss. Dabei ist auch schon der ein oder andere Verstaerker
abgebrannt (mit Flammen aus dem Gehaeuse!). Hervorrufen kann man das
Verhalten indem man, zum Beispiel, mit dem Tastkopf den Ausgang
eines Verstaerkers beruehrt - wie gesagt aber nur meist und nicht immer.
Ich denke irgendwie spielt mir das Layout noch einen Streich und durch
Ueberkopplungen (in die Verstaerkerschleifen?) fangen die OPs an sich
Gegenseitig hochzuschwingen. Das passiert auch schon bei niedrigen (kHz)
Frequenzen. Ein- und wieder ausloeten desselben Widerstands kann schon dazu
fuehren, dass die Schaltung wieder stabil wird. Anfassen an der falschen
Stelle ist auch schlecht, usw. usf.

Der aktuelle Schaltplan ist der folgende http://l4x.org/tmp/dds23_sch.jpg,
das letzte Layout ist http://l4x.org/tmp/dds23_board.jpg und der naechste
Versuch ist hier im werden: http://l4x.org/tmp/dds24_brd.jpg. Bestueckt ist
nur die Verstaerkerkette die aus einem Frequenzgenerator und einem
Labornetzteil versorgt wird. Nicht zu sehen sind die Elkos auf der Rueckseite.
Die restlichen Bauteile sind halt die Widerstaende und Kondensatoren der
einzelnen Stufen. Ich kann sonst auch gern per Mail die Originaldateien
verschicken.

Geaendert fuer den naechsten Versuch hab ich hauptsaechlich, dass jetzt V-
statt GND unter die OPs zum Thermal-Pad geht. Ein 4-lagig Board
ist leider keine Option.

Ideen, Tipps, (Rat)Schlaege, wie ich die Schaltung stabil bekommen kann
sind herzlichst willkommen.

Danke,

Jan
 

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#1 Oliver Bartels
16/08/2008 - 20:41 | Warnen spam
On Sat, 16 Aug 2008 19:19:32 +0200, Jan Dittmer
wrote:
Also hab ich eine Kette aus vier Operationsverstaerkern aufgebaut.
Der erste subtrahiert den Offset weg, die anderen drei teilen sich
die Verstaerkung auf (4*2*2 sollen es sein).



Es _können_ aber auch deutlich mehr sein, Dein Board
wimmelt von parasitàren Induktivitàten.

Das mit dem Offset ist bei _Current_ Feedback Opamps auch
nicht sooo optimal, es geht, aber ned gut.

Wenn nicht, sieht man auf dem Oszi einen breit
verschmierten Sinus, der Stromverbrauch steigt stark an und die OPs werden
ganz schoen heiss. Dabei ist auch schon der ein oder andere Verstaerker
abgebrannt (mit Flammen aus dem Gehaeuse!).



Klar, die wehren sich gegen die Misshandlung.

Das sind High Speed Amps, bei dem Gain schwingt Deine ganze
"Masse"-Konstruktion bei irgendeiner _hohen_ Frequenz mit einem
ordentlichen Hub und produziert dabei eine Verlustleistung, die
Dein Board nicht mehr weg bringt => Peng.

C's in der Schaltung helfen bei einer instabilen Masse nur bedingt,
das gibt womöglich weitere Schwingkreise. Außerdem kann so
ein C bei hoher Frequenz auch zum L werden, das Wort "Elko"
hört man in dem Zusammenhang eh' nur sehr ungerne.

Hervorrufen kann man das
Verhalten indem man, zum Beispiel, mit dem Tastkopf den Ausgang
eines Verstaerkers beruehrt - wie gesagt aber nur meist und nicht immer.



Ja klar, Schwingungen halt.

Merke: Oszillatoren schwingen grundsàtzlich nicht und
Verstàrker immer.

Geaendert fuer den naechsten Versuch hab ich hauptsaechlich, dass jetzt V-
statt GND unter die OPs zum Thermal-Pad geht.



Aua.

Lies doch bitte mal den Abschnitt PCB Design Considerations
im Datenblatt.

=> We mean it!

Ein 4-lagig Board ist leider keine Option.



Nö, das ist ein Muss, wenn man schon so eine Wahnsinnskette aufbaut.
Es geht natürlich auch ein 6-Lagen Board oder ein 8-Lagen Board ...

Du wirst auf die harte Tour lernen, dass Du mindestens eine
vollstàndig durchgàngige Masselage haben willst, auch wenn
Du das jetzt noch nicht möchtest. Lediglich fünf Layouts spàter ...

Außerdem gibt es da sicher eine andere Lösung statt dieser
ominösen Kette, es gibt z.B. schöne Buffer mit fixem Gain
von AD und LT für genau derlei Zweck.

Du machst die zwei typischen Beschaffungs-Fehler:
a) "Ich baue nur ein, was ich beim C und bei Reichelt bekomme"
b) "Ich kann mir kein Multilayer für mein High Speed Design leisten"

IC's kann man auch schlecht in der Badewanne àtzen,
manchmal braucht es einfach eine aufwendigere Technologie
(hier: Multilayer) zum sicheren Betrieb einer Schaltung.

Gruß Oliver

Oliver Bartels + Erding, Germany +
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

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