Op-Amp ile karşılaştırıcı uygulamasında faz kayması sorunu

Başlatan ziyaretci, 16 Ağustos 2019, 15:06:52

ziyaretci


z

Alıntı yapılan: erkantr67 - 22 Ağustos 2019, 00:25:42Hocam benim patates bilgim; ilgili üründen hiçbir sonuç alamamam. Bana göre NE5534(kullandıklarım) yükseltme, fark alma, toplama(test ettiklerim) bakımından iyi. Karşılaştırıcı bakımından iyi değil. Belki belli bir frekansa kadar o da iyidir, test etmedim....

Soruyu okuduğumda ilk baktığım NE5534 çipinin band genişliği oldu. Eğer band genişliği düşük bir opampla çalışıyor olsaydın hemencecik çipin uygun değildi diyecektim fakat, çipin 10Mhz band genişliğine sahip.

Halbuki bunun kadar önemli bir/iki parametre daha var. Birisi slewrate. Diğeri de Maximum output-swing bandwidth.

Slew rate değeri de 13v/us olarak iyi. Fakat Maximum output-swing bandwidth değerine bakarsan soru işareti oluşturuyor.

Dolayısı ile çipin küçük sinyal yükseltme işlerinde davranışının iyi olması, komparatör olarak da iyi olacağı anlamına gelmiyor.



Bana e^st de diyebilirsiniz.   www.cncdesigner.com

taydin

Opamp'lerde tek başına bant genişliği diye bir datasheet verisi olmaz. "Gain Bandwidth Product" denen bir veri vardır. Veya datasheet'e bakarsınız "10 MHz bandwidth at 20 dB gain" veya "10 Mhz bandwidth at G=100" gibi bir veri vardır. Yani opamp'in bant genişliği, kazancına bağlıdır.

GBP si 10 MHz olan bir opamp'i örneğin 1000 kazanca göre yapılandırdınız. Bu opamp'in bant genişliği sadece 10 KHz dir. 10 kazanç kullanırsanız bant genişliği 1 MHz dir.

Konuyu açan orijinal devreyi vermemiş, ama muhtemelen komparatör modunda kullanıyorum diye hiçbir geri besleme yapmadı, o yüzden de opamp "açık döngü kazancında" (open loop gain) çalıştırılıyor. Bu durumda da bant genişliği çok düşük olacak ve o aşırı faz farkına sebep olacaktır.

Uygun bant genişliğine sahip hazır komparatör kullanılabilir veya NE5534'ün kazancını uygun bir şekilde sınırlandırılıp kullanılabilir.
Timur Aydın (mekatronik.org)

OptimusPrime

Alıntı yapılan: taydin - 28 Ağustos 2019, 00:12:23Opamp'lerde tek başına bant genişliği diye bir datasheet verisi olmaz. "Gain Bandwidth Product" denen bir veri vardır. Veya datasheet'e bakarsınız "10 MHz bandwidth at 20 dB gain" veya "10 Mhz bandwidth at G=100" gibi bir veri vardır. Yani opamp'in bant genişliği, kazancına bağlıdır.

GBP si 10 MHz olan bir opamp'i örneğin 1000 kazanca göre yapılandırdınız. Bu opamp'in bant genişliği sadece 10 KHz dir. 10 kazanç kullanırsanız bant genişliği 1 MHz dir.

Konuyu açan orijinal devreyi vermemiş, ama muhtemelen komparatör modunda kullanıyorum diye hiçbir geri besleme yapmadı, o yüzden de opamp "açık döngü kazancında" (open loop gain) çalıştırılıyor. Bu durumda da bant genişliği çok düşük olacak ve o aşırı faz farkına sebep olacaktır.

Uygun bant genişliğine sahip hazır komparatör kullanılabilir veya NE5534'ün kazancını uygun bir şekilde sınırlandırılıp kullanılabilir.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne5534.pdf

Kapali cevrim band genisligini zaten acik cevrim band genisligi ve geri besleme belirliyor sizinde belirttiginiz gibi. Opamp acik cevrim de calistiginda datasheetine gore 10MHz de kazanci 1 e dusuyor. Yani opampin acik cevrim karsilastirici olarak calistirilmasinda hicbir sakinca yok.  ::ok
https://donanimveyazilim.wordpress.com || Cihân-ârâ cihân içredir ârâyı bilmezler, O mâhîler ki deryâ içredir deryâyı bilmezler ||

taydin

Alıntı yapılan: OptimusPrime - 28 Ağustos 2019, 17:38:17Kapali cevrim band genisligini zaten acik cevrim band genisligi ve geri besleme belirliyor sizinde belirttiginiz gibi. Opamp acik cevrim de calistiginda datasheetine gore 10MHz de kazanci 1 e dusuyor. Yani opampin acik cevrim karsilastirici olarak calistirilmasinda hicbir sakinca yok.  ::ok

1 kazançlı bir karşılaştırıcı çoğu uygulamada bir işe yaramaz. Mesela girişte +20 mV fark oluştu, opamp çıkışı +20mV olacak. Girişte -20mV fark oluştu, opamp çıkışı -20 mV olacak. O zaman opamp'e ne gerek var? Çıkar onu direkt bir tel bağla onun yerine.

karşılaştırıcıların kazançlarının yüksek olması istenir. Mesela komparatör anahtarlama amaçlı kullanılacaksa (termostat gibi düşün), girişte + farkın çıkışı +Vcc satüre etmesi isteriz. Veya en azından yeterince yüksek bir voltaj oluşsun da çıkıştaki anahtarlama transistörünü veya MOSFET'i on yapsın. Yoksa +100 mV fark oluştu, çıkış da +100 mV ama transistörü veya MOSFET'i on yapamıyoruz.
Timur Aydın (mekatronik.org)

OptimusPrime

Ben #31 numarali gonderiden: opamp karsilastirici modunda bile olsa geri beslemesiz kullanilamaz sonucunu cikarttim. O yuzden kazanc 1 e 10MHz de dusuyor calisilan frekansin neredeyse 72 de 1 i neden geri besleme kullanip bir daha kendi kendimizi bogazlayalim diyordum ama yanlis anlamis olabilirim.  ;)
https://donanimveyazilim.wordpress.com || Cihân-ârâ cihân içredir ârâyı bilmezler, O mâhîler ki deryâ içredir deryâyı bilmezler ||

taydin

Alıntı yapılan: OptimusPrime - 28 Ağustos 2019, 19:11:09Ben #31 numarali gonderiden: opamp karsilastirici modunda bile olsa geri beslemesiz kullanilamaz sonucunu cikarttim. O yuzden kazanc 1 e 10MHz de dusuyor calisilan frekansin neredeyse 72 de 1 i neden geri besleme kullanip bir daha kendi kendimizi bogazlayalim diyordum ama yanlis anlamis olabilirim.  ;)

Teorik olarak bakınca, opamp'i hiçbir harici komponent olmadan, açık döngü kazancında kullanabiliriz. Uygulama mesela termometre ise, zaten nadiren bir değişiklik olacak, bant genişliği de önemli değil. Ayrıca o absürt faz farkı da önemli değil. Yarım saniye sonra açıversin rezistansı :)

Ama iş pratiğe gelince işin içine başka faktörler giriyor. Şu senaryoyu düşün: opamp girişlerindeki voltajlar birbirine çok yakın değerde seyrediyor. O kadar yakın ki, opamp'in offset voltaj hatasından da aşağı. Bu durumda komparatör çıkışını ortam gürültüsü belirleyecek ve çıkış muhtemelen sürekli durum değiştirecek.

Bu yüzden opamp bazlı komparatörler genelde histerezis modunda kullanılır. Yani çıkışın durum değiştirmesi için bir eşik değerini geçmesi istenir. Bunun için de birkaç dirençten oluşan feedback devresi kullanılır. Ama dikkat, buradaki feedback pozitif feedback! yani kazancı azaltmaya yönelik değil. Kazanç gene open loop gain. Şurada benim konu ile ilgili bir deneyim var:

https://mekatronik.org/forum/threads/temel-opamp-devreleri-3-karsilastirici-comparator.63/
Timur Aydın (mekatronik.org)

taydin

Ama konuyu açan kişinin uygulamasında open loop gain kullanma şansı yok. Bant genişliği ihtiyacı fazla. O yüzden yapılması gereken, uygun GBP ye sahip opamp seçmek ve iyi bir bant genişliği elde etmek için kazancı düşürmek. Mesela 10 MHz GBP li opamp'de kazancı 10 yaparsak, 1 MHz'e kadar sinyal karşılaştırma yapabiliriz. 100 mV luk bir fark 1V'a yükselir, bu da en azından bir transistörü sürmeye yeter.
Timur Aydın (mekatronik.org)

OptimusPrime

Yanlis anlamamisim  :)

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne5534.pdf

GBP kapali cevrim ile ilgili bir kavram. 10MHz band genisligi ise acik cevrim band genisligi yani Unity-gain bandwidth, kazancin 1e indigi nokta. Mantikli ve pratik olmasada bu noktaya kadar karsilastirma yapabilir. Fakat sorun burda degil sorun NE5534 un maximum output-swing bandwidth otesinde karsilastima yapmasi. Bu yuzden fazida kaymis  :)
https://donanimveyazilim.wordpress.com || Cihân-ârâ cihân içredir ârâyı bilmezler, O mâhîler ki deryâ içredir deryâyı bilmezler ||

magnetron

Hocam yeni konu açmıyim  burdan soruyim bu LM319 un datasheetinde

diferential input voltage + / - 5 V diye yazıyor

bu durumda + - input uçları arasındaki fark her iki yönde 5 V tan fazla olmuycak anlamına mı geliyor ?

o zaman işimi görmiycek - oysa besleme voltajı daha yüksek

teşekkür

M.Salim GÜLLÜCE

#40
Alıntı yapılan: magnetron - 14 Eylül 2019, 15:32:29Hocam yeni konu açmıyim  burdan soruyim bu LM319 un datasheetinde

diferential input voltage + / - 5 V diye yazıyor

bu durumda + - input uçları arasındaki fark her iki yönde 5 V tan fazla olmuycak anlamına mı geliyor ?

o zaman işimi görmiycek - oysa besleme voltajı daha yüksek

teşekkür

Neden fazlasına ihtiyaç duyuyorsunki..?
Sonuçta komparatör entegresi aradaki fark geriliminin oluşması yeterli.

Onu anlatabilirmisin.

magnetron

çünkü tek beslemeyle yapmak istiyorum devrenin tamamını yeniden tasarlayamam
besleme de harici 12 V adaptör olucak - mikroişlemci tarafından izole de olucak
10 V adaptör bulsam olucak ama yok

zener ile 5.6 V luk bir referans gerilim oluşturacağım
voltaj ve akımın sıfır geçişini algılayacağım
voltaj ve akımı örneklediğim sinyallerin referansı bu zenerle oluşturacağım
voltaj olucak
komparatörlerin (-) bacaklarına bu zener gerilimini uygulayacağım
böylece sinyalin tam ters döndüğü yeri yakalayacağım

5 V neden yetmiyor işte bu yüzden
voltaj veya akım sinyali zenere göre 5 Volttan çok fazla yukardaysa
besleme gerilimi 12 V olunca sinyalin pozitif tarafı (diyotlarla beslemeye clamp etmeme rağmen) komparatorun (-) girişinin 6.4 V yukarısında olucak LM319 bozulacak

diyeceksin ki neden gerilim bölücü kullanmıyorsun
o da olabilir ama LM319 datasheetinde bu 5 V olayını görünce doğru mu anladım
diye sormak istedim

M.Salim GÜLLÜCE

Alıntı yapılan: magnetron - 14 Eylül 2019, 20:13:15çünkü tek beslemeyle yapmak istiyorum devrenin tamamını yeniden tasarlayamam
besleme de harici 12 V adaptör olucak - mikroişlemci tarafından izole de olucak
10 V adaptör bulsam olucak ama yok

zener ile 5.6 V luk bir referans gerilim oluşturacağım
voltaj ve akımın sıfır geçişini algılayacağım
voltaj ve akımı örneklediğim sinyallerin referansı bu zenerle oluşturacağım
voltaj olucak
komparatörlerin (-) bacaklarına bu zener gerilimini uygulayacağım
böylece sinyalin tam ters döndüğü yeri yakalayacağım

5 V neden yetmiyor işte bu yüzden
voltaj veya akım sinyali zenere göre 5 Volttan çok fazla yukardaysa
besleme gerilimi 12 V olunca sinyalin pozitif tarafı (diyotlarla beslemeye clamp etmeme rağmen) komparatorun (-) girişinin 6.4 V yukarısında olucak LM319 bozulacak

diyeceksin ki neden gerilim bölücü kullanmıyorsun
o da olabilir ama LM319 datasheetinde bu 5 V olayını görünce doğru mu anladım
diye sormak istedim
anladığın doğru.
Besleme voltajından fazla olmamak kaydıyla 2 giriş arası +- 5 volt olabilir.
Buda demektirki girişler arasına 3.9 volt birbirine ters iki zener (daha küçükte olabilir) bağlayıp bir dirençle süreceksindir. İşini görmeyeceği anlamına gelmez. Sadece tasarımını ona göre yapacaksın.

Mesela verceğim örnek devrede koruyucu diyotlarım war ama girişe 250 volt üzerinde gerilim bile uygulayabiliyorum.
Tabiiki 10 ar MOhm dirençlerle..



ziyaretci

@Mehmet Salim GÜLLÜCE hocam ben anlayamadım.

"Input Voltage" ile "Differential Input Voltage" arasındaki farkı.

Yardımcı olur musunuz?

###
"Input Voltage" dan kastı besleme gerilimi mi?

M.Salim GÜLLÜCE

#44
Alıntı yapılan: erkantr67 - 15 Eylül 2019, 17:58:32@Mehmet Salim GÜLLÜCE hocam ben anlayamadım.

"Input Voltage" ile "Differential Input Voltage" arasındaki farkı.

Yardımcı olur musunuz?

###
"Input Voltage" dan kastı besleme gerilimi mi?

1-Giriş pinlerinden birinin gerilimi besleme voltajının üstünde veya GND nin altında olamaz. (Beslemenin +xx volt ve GND olduğu kabul edilirse) Besleme voltajı =Supply Voltage

2-Birinci şartı sağlamak kaydıyla iki giriş arasındaki fark 5 voltu geçemez. (Differential Input Voltage burası)