Seltsames Problem mit L149
Andreas Schwarz
ich habe einen L149 wie im Datenblatt
(http://us.st.com/stonline/books/pdf/docs/1316.pdf) angegeben
beschaltet. Einzige Unterschiede: 1.2K statt 1K, 3M statt 3.3M, (noch)
keine Dioden, TL072 statt TL082. Die Versorgungsspannung von 11.3V wird
von einer L317/L337-Kombination erzeugt, das Eingangssignal kommt aus
einem anderen TL072.
Das Verhalten dieser Schaltung ist nun ziemlich seltsam: Wenn am Eingang
eine negative oder positive Spannung >0.3V anliegt, geht der TL072
sofort in die Begrenzung. Und jetzt kommt's: wenn die Eingangsspannung
in einem Bereich zwischen ca. -0.3V und +0.3V liegt, entsteht plötzlich
extremer Dreck auf der Versorgungsspannung (wilde Schwingungen mit ca.
10kHz und 3V Amplitude).
Woran könnte das liegen? Bin für jeden Tipp dankbar (wenn die Schaltung
bis Montag nicht funktioniert "darf" ich mir was aus Transistoren
basteln...).
Gruß
Andreas
--
AVR-Tutorial, Forum, über 300 Links: http://www.mikrocontroller.net
Bernd Mayer
beträgt die Versorgungsspannung +-11,3 V oder insgesamt 11,3 V? Im
Datenblatt beginnt die Betriebsspannungskurve bei 20 V (+-10 V).
Die Verstärkung dieser Schaltung beträgt ja 33 (3,3 M/100 k), daher
werden Spannungen von 0,3 V auf ca. 10 V verstärkt bis zum Anschlag,
dieses Verhalten ist also regulär.
Als Ursache für die Schwingungen kommen Deine kleinen Änderungen an der
Bauteildimensionierung (10% - 20 %) eher nicht in Frage. Die
Stromversorgung sollte solide sein, saubere Masseführung ist extrem
wichtig. Koppelungen zum Eingangs-TL72 der anliefernden Stufe über
Masseströme, Versorgung oder Ausgangsströme können diese Schwingungen
anregen. Der L149 hat eine unsymmetrische Ausgangstufe die bekannt ist
für Schwingneigungen.
Eine diskrete Stufe aus Transistoren kann man möglicherweise leichter
anpassen an die Gegebenheiten. Andere Leistungsopamp-ICs gibt es auch
noch z.B. die TDA2030-Serie.
HTH
Bernd Mayer
--
Fragen die sich wiederholen werden schnell langweilig
Andreas Schwarz
> beträgt die Versorgungsspannung +-11,3 V oder insgesamt 11,3 V? Im
> Datenblatt beginnt die Betriebsspannungskurve bei 20 V (+-10 V).
+-11,3V.
> Die Verstärkung dieser Schaltung beträgt ja 33 (3,3 M/100 k), daher
> werden Spannungen von 0,3 V auf ca. 10 V verstärkt bis zum Anschlag,
> dieses Verhalten ist also regulär.
Da war ich dumm. Natürlich verstärkt die Schaltung das Signal, warum bin
ich nur davon ausgegangen dass sie es einfach 1:1 durchreicht?
Werde die 3.3M durch 100k ersetzen.
Öhm, mir fällt gerade was auf: könnte ich den OPV nicht einfach weglassen und
die Spannung direkt an den Eingang des L149 anschließen?
> Als Ursache für die Schwingungen kommen Deine kleinen Änderungen an der
> Bauteildimensionierung (10% - 20 %) eher nicht in Frage. Die
> Stromversorgung sollte solide sein, saubere Masseführung ist extrem
> wichtig. Koppelungen zum Eingangs-TL72 der anliefernden Stufe über
> Masseströme, Versorgung oder Ausgangsströme können diese Schwingungen
> anregen. Der L149 hat eine unsymmetrische Ausgangstufe die bekannt ist
> für Schwingneigungen.
Alle ICs sind sternförmig von einem Punkt aus an GND angeschlossen, auf
der Masse kann ich mit dem Oszi keine Störungen entdecken. Die
Schwingungen der Versorgungsspannung sind allerdings sogar direkt an des
Ausgangspins der Spannungsregler zu messen!
Ich sehe gerade, dass ich die optionalen 1uF-Kondensatoren am
Sp.regler-Ausgang nicht habe. Könnten die helfen die Situation zu
verbessern?
Außerdem sind die 100nF-Kondensatoren etwa 5 cm vom L149 entfernt. Soll
ich noch mal welche direkt neben die Pins dranlöten?
Übrigens habe ich vergessen zu sagen, dass der L149 ziemlich heiß wird,
auch ohne Ausgangsbelastung. Liegt das an dem Schwingen, oder ist das
normal (hoffentlich nicht)?
> Eine diskrete Stufe aus Transistoren kann man möglicherweise leichter
> anpassen an die Gegebenheiten. Andere Leistungsopamp-ICs gibt es auch
> noch z.B. die TDA2030-Serie.
Den TDA2030 werde ich mir mal als Alternative anschauen. Wenn nicht,
dann halt ein Transi-Grab wie
http://home.knuut.de/beam.bam.boom/buffer.pdf (auch wenn da der
Kurzschlußschutz fehlt).
Danke für deine Hilfe, vielleicht wird's ja doch noch was bis Montag.
Bernd Mayer
>
> Bernd Mayer wrote:
>
> > Die Verstärkung dieser Schaltung beträgt ja 33 (3,3 M/100 k), daher
> > werden Spannungen von 0,3 V auf ca. 10 V verstärkt bis zum Anschlag,
> > dieses Verhalten ist also regulär.
>
> Da war ich dumm. Natürlich verstärkt die Schaltung das Signal, warum bin
> ich nur davon ausgegangen dass sie es einfach 1:1 durchreicht?
> Werde die 3.3M durch 100k ersetzen.
> Öhm, mir fällt gerade was auf: könnte ich den OPV nicht einfach weglassen und
> die Spannung direkt an den Eingang des L149 anschließen?
>
> auch ohne Ausgangsbelastung. Liegt das an dem Schwingen, oder ist das
> normal (hoffentlich nicht)?
>
> > Eine diskrete Stufe aus Transistoren kann man möglicherweise leichter
> > anpassen an die Gegebenheiten. Andere Leistungsopamp-ICs gibt es auch
> > noch z.B. die TDA2030-Serie.
>
> Den TDA2030 werde ich mir mal als Alternative anschauen. Wenn nicht,
> dann halt ein Transi-Grab wie
> http://home.knuut.de/beam.bam.boom/buffer.pdf (auch wenn da der
> Kurzschlußschutz fehlt).
die empfohlene Spannungsverstärkung in der Applikation mit dem L149 hat
möglicherweise einen Grund. Bei niedrigerer Verstärkung kann sich die
Schwingneigung deutlich erhöhen da sich die Phasenverschiebungen der
beiden Verstärkerstufen addieren und somit eine Mitkoppelung
(Oszillator) entstehen kann.
Falls Deine Eingangsspannung schon genügend hoch ist kannst Du diese
auch direkt auf den L149 geben.
Zum Transistorgrab: Ganz ohne Kurzschlusschutz ist diese nicht: zum
einen sind da die dicken Ausgangswiderstände mit den 50 Ohm. In der
Version die ich hier verwende habe ich spezielle Transistoren eingesetzt
deren Stromverstärkung bei steigendem Strom stark abnimmt und deren
Basis-Emitterspannung mit steigendem Strom stärker zunimmt als üblich.
Dadurch ist ein gewisser Schutz schon gegeben zusammen mit den
Emitterwiderständen, wenn auch kein absoluter. Auf der HP habe ich halt
leicht erhältliche Standardteile angegeben. Die Schaltung wird z.B. als
Kopfhörerverstärker eingesetzt mit 6,3 mm Klinkensteckern, da werden
beim Rein- und Rausstöpseln regelmässig kurzandauernde Kurzschlüsse
erzeugt ohne negative Folgen für die Schaltung.
Grüsse
Rafael Deliano
Darum empfiehlt sich eben OP.
Da der L149 Spannungsverstärkung 1 sollte die Schleife leicht
stabil zu bekommen sein.
> 50V
Wird wie richtig bemerkt über die Dioden in die Versorgung geleitet.
* Z-Diode über Versorgung, speziell Suppressordiode P6KE hilft gegen
kleine Spikes. Die stirbt aber wegen zuviel Verlustleistung
bei größeren Spikes.
* Variante die mehr Strom kann ist Thyristor der bei Überspannung zündet
( "crow bar", gibts/gabs Steuer-ICs von Motorola ).
Der Thyristor klemmt die Spannung auf einige Volt runter und
überlebt damit die Verlustleistung.
Das Problem hier: man muß dann die Spannungsregler abschalten,
damit sie nicht Haltestrom liefern.
MfG JRD
Bernd Mayer
>
> > Falls Deine Eingangsspannung schon genügend hoch ist kannst Du diese
> > auch direkt auf den L149 geben.
>
> Schaltung funktioniert.
> Wenn ich den OP weglasse, dann muss ich wahrscheinlich nur noch die
> Offsetspannung (<0.3V, hoffentlich nicht temperaturabhängig?)
> den Kondensator noch?
>
> Noch eine andere, allgemeinere Frage: die Dioden in der Beschaltung des
> L149 dienen ja dazu, für den Ausgang gefährliche Spannungsspitzen
> abzuleiten. Aber angenommen da liegt jetzt kurzzeitig eine Spannung von
> z.B. 50V an, was passiert wenn diese 50V dann über die Dioden in meine
> Versorgungsspannung kommen? Der LM317 macht sowas ja AFAIK nicht mit.
> Und auch wenn ich den LM317 mit einer 1N4001 in die andere Richtung
> überbrücke, habe ich doch trotzdem noch Spitzen in der Vers.spannung.
> Sind diese Bedenken berechtigt, oder stelle ich mir wiedermal alles zu
> kompliziert vor?
>
> Hmm, wird die Schaltung nicht durch die Spannungsspitzen der
> Kopfhörerspule gefährdet?
Hallo Andreas,
beim erneuten Nachdenken und wiederholtem Lesen des Datenblattes zum
L149 erscheint mir der direkte Anschluss an den L149 doch nicht so
optimal wegen desssen hohen Offset. Der Hersteller empfiehlt die
Verwendung mit einem Opamp innerhalb eines geschlossenen Regelkreises.
Ein TDA2030 hat das schon alles in einem Gehäuse und da beträgt der
Offset max 20 mV laut Datenblatt. Möglicherweise benötigt der eine
minimale Verstärkung.
Zu den Rückspannungen: Deren Wirkung hängt z.B. auch noch vom
Innenwiderstand und der Impulsdauer ab. Kurze Spitzen werden
möglicherweise von den Kondensatoren abgedämpft und beim Netzteil werden
ja dann wohl auch Schutzdioden empfohlen.
Die Spannungsspitzen der Kopfhörer habe ich im Detail nicht gemessen -
in der Praxis funktioniert es - es kann sein dass ich da automatisch am
Netzteil (das ist auch noch strombegrenzend) Schutzdioden hingeklemmt
habe.
Wenn man mit hohen Induktionsspannungen rechnet, können 1N4001 auch
möglicherweise arg langsam sein - vielleicht ist das aber auch ein
Vorteil: bis die Durchschalten kann eine Spannungsspitze schon
abgeklungen sein.
Welche Last möchtest Du an Deine Schaltung hinhängen?
Andreas Schwarz
>> Offsetspannung (<0.3V, hoffentlich nicht temperaturabhängig?)
> Darum empfiehlt sich eben OP.
> Da der L149 Spannungsverstärkung 1 sollte die Schleife leicht
> stabil zu bekommen sein.
Ich geb auf - das Sch***ding will einfach nicht. Habe ihn jetzt direkt
angeschlossen, ohne OP, mit Kondensatoren an allen Ecken und Enden, aber
er schwingt munter weiter und wird so heiß dass man sich fast die Finger
verbrennt. Echt nicht mehr normal. Was mich am meisten wundert ist dass
das Teil dermaßen an der Vers.spannung nuckelt, dass ich sogar direkt an
den LM3*7-Ausgängen ein paar Volt Rauschen sehe.
Dann halt kein L149, ein TL072 als Endstufe ist doch auch was nettes ;-)
(aber was mach ich jetzt mit der fetten Stromversorgung?)
Soll übrigens ein DDS-Funktionsgenerator als Facharbeit werden, aber der
L149 war eh nur "Zugabe". Hauptsache der Hauptteil funktioniert.
Bernd Mayer
>
> Soll übrigens ein DDS-Funktionsgenerator als Facharbeit werden, aber der
> L149 war eh nur "Zugabe". Hauptsache der Hauptteil funktioniert.
für einen hochwerigen Funktionsgenerator würde ich den L149 nicht
empfehlen. IMHO ist der eher was fürs "Grobe" wie z.B. Lampen, Relais,
Motoren u.Ä..
Andreas Schwarz
Bernd Mayer wrote:
> Andreas Schwarz wrote:
>>
>> Soll übrigens ein DDS-Funktionsgenerator als Facharbeit werden, aber der
>> L149 war eh nur "Zugabe". Hauptsache der Hauptteil funktioniert.
>
> für einen hochwerigen Funktionsgenerator würde ich den L149 nicht
^^^^^^^^^^^
naja ;-)
> empfehlen. IMHO ist der eher was fürs "Grobe" wie z.B. Lampen, Relais,
> Motoren u.Ä..
Na gut, überredet ;-)
Der TL072 ist eigentlich gar nicht so schlecht. Mit 40mA kann man schon
was anfangen, und Kurzschlußschutz ist auch nicht übel. Muss ich halt
den Einsatzzweck des Generators etwas "umdefinieren" (das ist das schöne
daran wenn man ein Gerät nicht für den realen Gebrauch entwickelt).
Ich habe deine Transistorschaltung mal in SwitcherCAD durchsimuliert,
allerdings nur die "letzten" beiden Transistoren (wozu sind die ersten
beiden gut, nur zur Spannungsverstärkung?), und mir ist aufgefallen dass
der durchgeschickte Sinus um 0V herum etwas "schlapp" aussieht. Ist das
normal?
Bernd Mayer
>
> Ich habe deine Transistorschaltung mal in SwitcherCAD durchsimuliert,
> allerdings nur die "letzten" beiden Transistoren (wozu sind die ersten
> beiden gut, nur zur Spannungsverstärkung?), und mir ist aufgefallen dass
> der durchgeschickte Sinus um 0V herum etwas "schlapp" aussieht. Ist das
> normal?
Die Schaltung ist altbewährt, ich setze die gerne ein und habe die
ausführlich erprobt und getestet. Das Teil gibt es auch als Hybrid oder
IC.
Die beiden komplementären Emitterfolger in Reihe dienen jeweils der
Stromverstärkung und Erhöhung des Eingangswiderstandes und Entkoppelung
von der Last. Für die korrekte Funktion sind alle Stufen notwendig -
mach besser die Simulation damit. Der Grund ist die Ruhestromeinstellung
der Endstufe über die beiden U_BE-Spannungen der ersten Stufe. Ich hoffe
mal der Sinus sieht dann besser aus als bei einer Simulation eines L149
in SwitcherCAD - smiley.
Der Buffer alleine hat bei Vollausteuerung mit 20 V_SS ca. einen
Klirrfaktor um die 0.1 %, ein wenig kann man diesen mit dem Ruhestrom
verändern (dieser ist auch temperaturabhängig), den Ruhestrom kann man
über die Emitterwiderstände varieren, man muss dabei jedoch einen
Kompromiss eingehen mit der Verlustleistung im Ruhezustand und passendem
Kühlkörper. Die Schaltung hat eine Spannungsverstärkung von ca. 0,95
(ohne Berücksichtigung des 50 Ohm Ausgangsspannungsteilers dann beträgt
die Verstärkung mit 50 Ohm Last ca. 0,5).
Hauptvorteil ist der relativ hohe Eingangswiderstand der mit den
Eingangswiderständen noch auf einen definierten Wert gesetzt wird sowie
die hohe Stromverstärkung, hohe Slewrate, geringe Phasenverschiebung und
auch ein relativ geringer Ausgangswiderstand. In diverse
Funktionsgeneratoren (bis 1 MHz Sinus oder Dreieck oder 200 kHz
Rechteck) habe ich die Schaltung öfters eingebaut. Wenn man das solide
aufbaut ist das Teil meiner Erfahrung nach sehr gutmütig was die
Schwingneigung angeht. Bevor ich mich für den Einsatz dieses Buffer
entschied habe ich etliche weitere Bufferschaltungen getestet und
ausgemessen.
Wegen der geringen Phasenverschiebungen kann man den Puffer leicht in
einer Schleife mit einem Opamp verwenden, dadurch verbessert sich auch
der Klirrfaktor deutlich und der Ausgangswiderstand auch. Man kann dann
auch leicht noch einen frequenzgangkompensierten Dekadenteiler
vorschalten oder ein Offsetpoti hinzufügen oder ein Modulationseingang
um den Funktionsgenerator zu erweitern.
Bernd Mayer
>
> Die Schaltung ist altbewährt, ich setze die gerne ein und habe die
> ausführlich erprobt und getestet. Das Teil gibt es auch als Hybrid oder
> IC.
Nachtrag:
http://www.ee.washington.edu/stores/DataSheets/linear/lh0002.pdf
http://www.national.com/pf/LH/LH0002.html
http://www.intersil.com/data/fn/fn3705.pdf
http://www.mskennedy.com/pdf/0002r-.pdf
http://www.elantec.com/pages/apppdf/d40954.pdf
http://neutrino.phys.washington.edu/~berns/archive/Harris/HA5002.pdf
http://www.elantec.com/pages/apppdf/d40966.pdf
http://www.cirlab.uniroma2.it/Courses/TC_TechSup/doc/DataSheet/nsc07192.pdf
http://www.ipsiamoretto.com/golem/old/magazzino/progetto-pdf/application/an-227.pdf
http://www.rose-hulman.edu/~herniter/NAU_Classes/EE339/notes/Pages_885-915.pdf
http://www.mskennedy.com/pdf/0033ra.pdf
http://users.otenet.gr/~athsam/class_a_buffer_amplifier.htm
HTH
Martin Lenz
Andreas Schwarz schrieb:
>
> Das Verhalten dieser Schaltung ist nun ziemlich seltsam: Wenn am Eingang
> eine negative oder positive Spannung >0.3V anliegt, geht der TL072
> sofort in die Begrenzung. Und jetzt kommt's: wenn die Eingangsspannung
> in einem Bereich zwischen ca. -0.3V und +0.3V liegt, entsteht plötzlich
> extremer Dreck auf der Versorgungsspannung (wilde Schwingungen mit ca.
> 10kHz und 3V Amplitude).
>
Ich hatte mal einen Spannungsregler (DDR LM317 im TO3 Gehäuse) der hat
ohne die emfohlenen 100nF Kondensatoren an in und out mit 2-3MHz
geschwungen und über die Anschlußleitung (ca75cm draht) auch gut
gesendet. Kann es sein daß dein Spannungsregler selbst oder in
Kombination mit dem L149 schwingt?
Weiters kann ich dir den BUF634 von TI (ex Burr Brown) empfehlen. der
wird genauso in die Rückkopplung des OPV mit einbezogen. Der ist extrem
stabil, sehr schnell und kann AFAIK 0,5A - allerdings kostet der auch
einige EUR, aber <10. Gibt es bei RS oder Farnell oder Spoerle (aber ich
glaub nicht bei allen 3en).
Martin
Andreas Schwarz
> Andreas Schwarz schrieb:
>>
>> Das Verhalten dieser Schaltung ist nun ziemlich seltsam: Wenn am Eingang
>> eine negative oder positive Spannung >0.3V anliegt, geht der TL072
>> sofort in die Begrenzung. Und jetzt kommt's: wenn die Eingangsspannung
>> in einem Bereich zwischen ca. -0.3V und +0.3V liegt, entsteht plötzlich
>> extremer Dreck auf der Versorgungsspannung (wilde Schwingungen mit ca.
>> 10kHz und 3V Amplitude).
>>
> Ich hatte mal einen Spannungsregler (DDR LM317 im TO3 Gehäuse) der hat
> ohne die emfohlenen 100nF Kondensatoren an in und out mit 2-3MHz
> geschwungen und über die Anschlußleitung (ca75cm draht) auch gut
> gesendet. Kann es sein daß dein Spannungsregler selbst oder in
> Kombination mit dem L149 schwingt?
Kann ich mir kaum vorstellen. Ich habe am Eingang 100nF und am Ausgang
1uF, also genau so wie es vorgeschrieben ist.
Mir fällt da übrigens was ein: Ich hatte die Zielschaltung "nur" per
Kroko-Klemmen mit dem Netzteil verbunden. Kann es sein dass die
vielleicht einen zu hohen Widerstand hatten und die Schwingung deshalb
zustande kam?
> Weiters kann ich dir den BUF634 von TI (ex Burr Brown) empfehlen. der
> wird genauso in die Rückkopplung des OPV mit einbezogen. Der ist extrem
> stabil, sehr schnell und kann AFAIK 0,5A - allerdings kostet der auch
> einige EUR, aber <10. Gibt es bei RS oder Farnell oder Spoerle (aber ich
> glaub nicht bei allen 3en).
Danke, werde ich mir merken, falls ich wiedermal ein ähnliches Bauteil
benötige. Jetzt ist es egal, ich habe den Funktionsgenerator mit TL072
als Endstufe zusammengebaut, zugedeckelt und für fertig erklärt ;-)
Martin Lenz
Andreas Schwarz schrieb:
> Mir fällt da übrigens was ein: Ich hatte die Zielschaltung "nur" per
> Kroko-Klemmen mit dem Netzteil verbunden. Kann es sein dass die
> vielleicht einen zu hohen Widerstand hatten und die Schwingung deshalb
> zustande kam?
>
Ich hatte mal so Kabeln mit Krokoklemmen, die hatten 1 Ohm (Draht
umgebogen und Isolation als Zugentlastung mitgecrimpt). Da könnte eine
Schwingung deiner Schaltung schon starken Spannungsabfall produzieren.
Martin
Andreas Schwarz
Hmm, die Kabel könnten wirklich schuld sein, da die Verarbeitung
ziemlich billig ist und die Klemmen wenig Kontaktfläche haben. Aber
wieso kann es dann trotzdem sein, dass ich die Schwingung sogar direkt
an den Spannungsreglern (LM3x7) messen kann?
Bernd Mayer
>
> Hmm, die Kabel könnten wirklich schuld sein, da die Verarbeitung
> ziemlich billig ist und die Klemmen wenig Kontaktfläche haben. Aber
> wieso kann es dann trotzdem sein, dass ich die Schwingung sogar direkt
> an den Spannungsreglern (LM3x7) messen kann?
wenn solche Schwingungen auftreten, dann kann man die an allen möglichen
Stellen messen, möglicherweise sogar über den Äther. In den
Datenblättern
werden die notwendigen Daten eher nicht angegeben weil dieser Betrieb
nicht regulär ist. Als Anhaltspunkt kann man sich im Datenblatt
http://www.national.com/dt/LM317MDT_Qualification_Package.pdf
die Werte für "Load Transient Response", "Output Impedance" und "Ripple
Rejection" über die Frequenz ansehen. Für den L149 ist der Betrieb als
"HF-Generator" auch nicht regulär, es können dadurch irreguläre hohe
Querströme entstehen weil interne Transistoren mit dem Durchschalten
nicht mehr hinterherkommen oder andere Irregularitäten.
Martin Lenz
Bernd Mayer schrieb:
>
> Hallo Andreas,
>
> wenn solche Schwingungen auftreten, dann kann man die an allen möglichen
> Stellen messen, möglicherweise sogar über den Äther. In den
> Datenblättern
Ich hatte die Schwingung damals mit meiner Lötstation "gemessen" - soll
heissen das dieser HF Generator die Temperaturregelung derartig verwirrt
hatte, daß die Temp.anzeige auf null fiel und das Gerät zu Heizen
anfing. Nach abschalten des Spannungsreglers war die angezeigte
ist-Temperatur auch deutlich höher. Offensichtlich ist das Ding nicht
sehr EMV fest...
Martin