Instabilität von OP bei Kapazität a m Eingang?

Hallo Horst-Dieter,

Mir hatte schon immer Grolsch geschmeckt und da war IIRC zumindest damals Mais drin. O-Ton Brauerei: Wenn das den Reinheitsgebotleuten nicht passt, ist das eben persoenliches Pech.

Helmut Sennewald schrieb:

Nach intensivem Lesen diverser Applikationsberichte zum Thema TIA und (große, hochkapazitive) Fotodioden war ich am Wochenende zu dem selben Schluß gekommen. Ich hatte auch die Verstärkung in Bezug auf Störsignale bzw. Rauschen simuliert (LTSpice) - und diese hat ein Maximum genau dort, wo ich bevorzugt Frequenzanteile im Ausgangssignal messen konnte.

Ich habe in der Schaltung noch eine gefilterte und gepufferte Referenz gleicher Spannung. Wenn ich die an den TIA lege, ist die Störung komplett weg. Demnach liegt es also wirklich am Rauschen der Referenz. Ich hätte nicht erwartet, daß das so viel ausmacht. Man lernt nie aus...

Danke für Deine Bemühungen! Deine Messungen und Simulationen decken sich mit meinen (aktuellen) und bestätigen die obige Analyse.

ACK. Danke auch für die Bestätigung meiner OP-Auswahl. :-)

Scheinbar wurde er nicht schlechter, meiner ist von September 2006.

Ja, mit dieser Vermutung hattest Du absolut recht. Nun bekomme ich ein sauberes Ausgangssignal, ohne die Signal-Bandbreite über den Kondensator in der Gegenkopplung verringern zu müssen.

Danke,

Tilmann

Es herrscht ja durchaus Begriffsverwirrung, selbst von BB gepflegt. Der übliche OpAmp hat ja zwei hochohmige Eingänge (von Exoten a la Norton mal abgesehen), deren Spannungsdifferenz wird in eine wenig definierte Ausgangsspannung umgesetzt. Beim OTA wird die Differenzspannung in einen definierten Ausgangsstrom umgesetzt, wobei die Steilheit meist "programmier- bar" via Hilfsstrom ist. Der Diamond-Transistor sieht innerlich eher aus wie die Eingangsstufe von einem Current Feedback Amplifier, also ein hochohmiger Eingang ("B") und ein niederohmiger ("E"). Der OPA861 hat ein solches Teil "einzeln" in einem Gehäuse.

Ich habe meine Hands-On-Beschäftigung mit den Dingern so lange vor mich hingeschoben, bis sie obsolet waren, schade eigentlich, das Schaltungsproblem, das ich lösen wollte, existiert immer noch.

Nebst Datenblättern des OPA660, OPA860 und OPA861 finde ich beim Durchwühlen meiner Akten noch das BB AppBulletin AB-183(SBOA047) und das AN-188(SBOA049). Auf AB-075 wurde glaub ich schon hingewiesen (Photodiodenschaltungen).

Rolf_Bombach schrieb:

Ich muß mir das Ding mal beizeiten in Ruhe anschauen, insbesonders das Noise model. Schließlich ist das in meiner Anwendung einer der Hauptknackpunkte. Bei einem Transistor war das ja noch relativ einfach, da der nur 3 Beine hat, verursacht nur der Strom, der aus der Basis rausfließt zusammen mit dem Spannungsrauschen dort Rauschen am Ausgang.

Der OTA hat ja nun noch ein paar Beine mehr, wo Rauschströme hinfließen können...

Sind sie obsolet? Die Chips gibt's ja immer noch, wenn auch nur von wenigen Herstellern.

Vielen Dank fürs Rauskramen, die Links sind notiert :-)

Gruß, Jürgen

also ich hab mal ganz auf die Schnelle aus einem alten Projekt eine Basisschaltung als Strom-Spannungswandler simuliert an 50 Ohm, Transistor BF450, 3 dB-Bandbreite bei ca. 5 mA Kollektorstrom etwa 340 MHz. Der BF450 hat ein ft von ca. 600 MHz bei 5 mA. Das Rauschen habe ich mir jetzt nicht angesehen, die Diode habe ich mit 40 pF angenommen. Zumindest in der Simulation sieht das stabil aus, aufgebaut habe ich es aber nicht.

Wenn ich als Transistor z.B. den BFG410W von NXP nehme mit ft= 22 GHz, dann sollten über 2 GHz Bandbreite drin sein mit der Diode, nur schwingt es auch in der Simulation, bei dem Transistor kriege ich das nicht weg. Die Gehäusereaktanzen habe ich natürlich nicht weggelassen.

Von Darlington würde ich lieber die Finger lassen, damit hatte ich immer sehr leicht Stabilitätsprobleme, weiß auch nicht, ob sowas hier überhaupt was bringen könnte.

Mit Basisschaltung wird Transimpedanzverstärker unnötig, es ginge auch normaler OP. Bei hoher Verstärkung muß man dann wohl mehrstufig arbeiten, aber da sehe ich kein Problem. Ob das mit dem Rauschen so geht, kann ich so nicht überschauen, kann man aber auch abschätzen.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

Bei solchen heissen Eisen braucht man fast immer ein Trennblech.

Mit normalem Opamp bekommst Du teilweise wieder den Millereffekt, auch wenn die Basis HF-maessig auf Masse liegt. Sie hat ja keinen idealen Anschluss mit unendlich viel Siemens. Oder wie immer das bei Euch derzeit heisst, bei uns mho.

Hallo Joerg,

ich würde mich da so ohne Weiteres nicht rantrauen, vor allem weil die dann bei etlichen GHz schwingen und man das nicht so leicht nachweisen kann. Aber hier wären solche Transistoren auch wie Kanonen auf Spatzen geschossen, die nimmt man IMHO für GHz-Verstärker.

Siemens hab ich für den Leitwert auch mal gelernt, hab auch schon das Ohm-Zeichen auf dem Kopf gesehen ;-). Die Basisschaltung hat grob geschätzt eine Eingangsimpedanz in der Gegend von 10 Ohm, das eliminiert die Kapazität der Diode schon recht gut. Der Kollektor geht dann hochohmig auf z.B. 50 Ohm, die Rückwirkungskapazität ist dann parallel und meist sehr klein. Diese Schaltung hat als stromgesteuerte Spannungsquelle die höchstmögliche Bandbreite, Basisschaltung eben und kaum Rückwirkung.

In einer Diskussion vor einigen Monaten hatte ich das mal interessehalber untersucht und auch mal eine Variante mit einem EL5166 getestet, das ist ein Transimpedanz-OP mit 1.4 GHz Transitfrequenz. Dabei traten genau die Probleme wie im Topic auf, die Schwingneigung mußte mit Kapazität in der Gegenkopplung kompensiert werden, was die Bandbreite reduziert. Dieses Problem hat man bei der Basisschaltung nicht, solange die selbst stabil bleibt.

Ich weiß natürlich nicht, ob das der gewünschte Ansatz sein könnte, weil ich die anderen Mails jetzt nicht mehr im Kopf habe. Jedenfalls hatte ich den Eindruck, daß ein Transimpedanz-OP für Fotodioden mit großer Kapazität bei hoher Bandbreite nicht so optimal aussieht.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

Wenn man bei gegebener (hoher) Kapazitaet das letzte an Bandbreite herauskitzeln muss, dann kommt man um eine Kaskode nicht herum. Hat m.W. auch Phil Hobbs geschrieben und der muss es wissen. Ihn findet man uebrigens regelmaessig bei s.e.d. Aber so ein Transistor kostet ja in Anbetracht des teuren TIA nur ein paar Krumen. Ist zu verschmerzen ;-)

Hallo Joerg,

ich hab grade mal etwas gesucht:

Das sieht ganz gut aus, danke für den Tip. Figure 5 ist das, was ich meinte, ohne OP. Mit OP TL071 klappt das auch, die Entkopplung der Diodenkapazität ist sehr deutlich und die Notwendigkeit der Kompensation entfällt, der Frequenzgang des OP wird voll ausgereizt. Nur mit dem Biasstrom ist das ungünstig, aber da ist in Figure 9 eine Lösung angegeben, die als Bootstrap und Kaskode bezeichnet wird, obwohl bei mir Kaskode was anderes ist.

Mit Transimpedanz-OP wie EL5166 scheint das so nicht zu gehen, es ist bei mir instabil und man kann keine Verbesserung erzielen, wenn man es kompensiert.

Werde mir mal die Schaltung in Figure 9 bei Gelegenheit ansehen.

mfg. Winfried

Hallo Winfried,

Current Feedback Amps benutzt hier kaum jemand, soweit ich sehen kann. Irgendwie zu exotisch. Es ist besser, mindestens ein Second Source zu haben.

Horst-D.Winzler schrieb:

Stossrauschen hätte ich jetzt mit pop corn noise übersetzt:-). Das wären aber sprunghafte Änderungen von Offsetspannungen resp BE Spannungen, welches vermehrt bei billigeren Prozessen auftritt. Dürfte hier keine Rolle spielen.