Eingangsspannung eines Nicht Rail to Rail OpAmp

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Eingangsspannung eines Nicht Rail to Rail OpAmp

Neuer Beitragvon Skyui am Sonntag 22. August 2021, 15:52

Hallo Zusammen,

für ein Projekt bin ich darauf angewiesen einen OpAmp zu verwenden, der keinen Rail to Rail hat. So wie ich das bis jetzt verstanden habe, ist solch ein OpAmp nicht in der Lage mit seinen Ausgang bis an die Speisespannung zu kommen oder ganz ans GND bzw. die negative Speisespannung.

Wie sieht es den mit seinen Eingängen aus? Kann ich einen nicht Rail-to-Rail OpAmp mit Single Supply versorgen, also ohne negative Spannung, wenn seine Eingangsspannung bis auf 0V gerät? Zum Beispiel seine Feedback Spannung eines Shuntwiderstand?
Oder brauche ich da doch eine negative Spannung? Und falls ja, wie kann ich abschätzen oder aus dem Datenblatt lesen, wie "tief" die negative Spannung sein muss, damit der OpAmp richtig funktioniert bei 0V Eingangsspannung? Das man hier in der Regel symmetrische Spannungen benutz, also +-5V ist mir bewusst, leider kann ich aber nicht all zu sehr ins negative, da sonst die maximale Speisespannung überschritten wird.

Lg skyui
Skyui
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Re: Eingangsspannung eines Nicht Rail to Rail OpAmp

Neuer Beitragvon anders am Montag 23. August 2021, 01:23

So wie ich das bis jetzt verstanden habe, ist solch ein OpAmp nicht in der Lage mit seinen Ausgang bis an die Speisespannung zu kommen oder ganz ans GND bzw. die negative Speisespannung.
Streng genommen können das die RRO Verstärker auch nicht, denn sobald ein Ausgangsstrom fliesst, tritt ja ein Spannungsabfall an den Endstufentransistoren auf.
Ein paar mV Differenz zur Versorgung sollte man also immer einplanen.

Da die Endstufen in den ICs gewöhnlich mit npn-Transistoren aufgebaut sind (integrierte pnp sind viel schlechter), kommt man damit bis auf etwa 100..200mV an die negative Versorgung heran, während, wegen der erforderlichen B-E-Spannung, der Abstand zur positiven Versorgung grösser ist, vllt. 2V.

Wie sieht es den mit seinen Eingängen aus? Kann ich einen nicht Rail-to-Rail OpAmp mit Single Supply versorgen, also ohne negative Spannung, wenn seine Eingangsspannung bis auf 0V gerät?
Ja, das geht.
Nicht mit jedem Opamp zwar (auch nicht mit jedem Rail-to-Rail!), aber z.B. mit den beliebten LM324 oder LM386, bei denen die Eingangsstufe mit pnp-Transistoren aufgebaut ist.
Am anderen Ende gibt es die BiFET-Verstärker, wie TL084, bei denen P-Kanal-JFETs in der Eingangsstufe verwendet werden, und die mit Eingangsspannungen bis zur positiven Versorgung funktionieren.
Dazwischen gibt es Typen wie den 741, der über 50 Jahre alt ist, und trotz seiner Macken immer mal wieder in Schaltplänen auftaucht, die beides nicht können.

Jeweils beim anderen Extrem der Eingangsspannung muss man ein paar Volt Platz lassen, damit die Konstantstromquellen der Differenzverstärker arbeiten können.

Hier lauert übrigens ein Phänomen, das auf den Namen "Phase reversal" hört, und das in den Datenblättern meist nicht erwähnt wird, sondern allenfalls wenn ein Opamp frei davon ist.

Phase reversal kann auftreten, wenn die Eingangsspannung den vom Hersteller erlaubten Bereich verlässt, der OPamp also massiv übersteuert wird.
Dann kann sich der invertierenden (-) Eingang in einen nicht invertierenden (+) Eingang verwandeln, und aus der meist vorhandenen Gegenkopplung wird eine Mitkopplung, wodurch die Übersteuerung noch verstärkt wird.
Im Ergebnis springt die Ausgangsspannung auf einen Extremwert (+ oder - je nach interner Schaltung des Opamp) und lässt sich da nicht mehr steuern.
Ob und wann der Opamp wieder aus diesem Zustand herauskommt, hängt von Details der äusseren Beschaltung und dem Signal ab.

Jedenfalls sollte man bei der Konstruktion eines Gerätes diese Möglichkeit berücksichtigen und ggfs auch testen.

Die genannten Typen werden wohl bald 50 Jahre alt sein, aber sie werden immer noch gerne verwendet, weil sie kaum noch etwas kosten, und weil es unzählige Schaltungsbeispiele dafür gibt.


Das man hier in der Regel symmetrische Spannungen benutz, also +-5V ist mir bewusst, leider kann ich aber nicht all zu sehr ins negative, da sonst die maximale Speisespannung überschritten wird
Die Versorgung braucht nicht symmetrisch zu sein, und Versorgungsspannungen von +/- 15V, also 30V "querrüber" waren bei den älteren Typen üblich.
Eher würde ich mir da Sorgen um die angeschlossene Last machen.
Zuletzt geändert von anders am Montag 23. August 2021, 01:45, insgesamt 6-mal geändert.
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