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30 Elektronik 05 2020 Analogtechnik Parasitäre Eingangskapazität Die parasitäre Kapazität am invertierenden Eingang CPI hat in der Regel einen kleinen Wert im Bereich von 0 5 pF bis 5 pF und setzt sich aus der Layout-Streukapazität und der bauartbedingten Kapazität des SMD-Widerstandes RV zusammen CPI bildet zusammen mit RRK und RV einen Tiefpass im Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers Sein Verhalten wird in der Übertragungsfunktion UA UE des Verstärkers in eine Hochpasscharakteristik übersetzt Diese Hochpasscharakteristik lässt sich mit einem RC-Tiefpass am nichtinvertierenden Verstärkereingang kompensieren Dazu muss die Eingangskapazität am nichtinvertierenden Eingang CE mit der parasitären Kapazität am invertierenden Eingang CPI übereinstimmen CE = CPI und RE muss gleich der Parallelschaltung von Rückkopplungsund Verstärkungswiderstand ausgelegt werden RE = RRK||RV Bild 5 und Bild 6 zeigen die Frequenzund Impulsverläufe für die Schaltung in Bild 1 wenn der stromrückgekoppelte Operationsverstärker bei einer Verstärkung V = 2 arbeitet wobei RRK = RV den vom Hersteller angegebenen Widerstandswerten für die optimale Übertragungsfunktion entsprechen Aus beiden Abbildungen lassen sich weitere Schlüsse ziehen ➔ Bei CPI = 0 zeigen die Frequenzund Impulsantworten schwarze Kurven weder eine Resonanzüberhöhung noch ein Überschwingen Die nominale Verstärkung beträgt 6 dB und die Impulsamplitude beträgt ±200 mV für ein Testsignal am Eingang mit ±100 mV bei 10 MHz ➔ Bei CPI = 5 pF hingegen weisen die Frequenzund Impulsantworten magentafarbene Kurven eine Resonanzüberhöhung von nahezu 21 dB und ein Überschwingen von ±1 Vauf ➔ Im Kompensationsfall blaue Kurven bei dem CE = CPI = 5 pF und RE = RRK||RV = RRK 2 sind zeigen die Frequenzund Impulsantworten eine Verringerung der Resonanzüberhöhung und des Überschwingens auf 0 5 dB bzw ±45 mV Parasitäre Ausgangskapazität Die parasitäre Kapazität am Verstärkerausgang CPA beinhaltet ebenfalls Layout-Streukapazitäten aber der Löwenanteil stammt in der Regel von größeren Lastkapazitäten wie z B Sperrschichtkapazitäten der Suppressordioden und Stromsteuerungsdioden Kabelkapazitäten und Eingangskapazitäten von Analog-DigitalUmsetzern oder anderen Verstärkern Der Gesamtwert von CPA kann daher von nur 20 pF bis zu mehreren 100 pF variieren Wie bereits erwähnt haben kleine parasitäre Ausgangskapazitäten oft wenig Auswirkungen auf die Übertragungsfunktion Bild 7 Eine kleine parasitäre Ausgangskapazität CPA verursacht nur eine geringe Überhöhung im Frequenzgang magentafarbene Kurve Sie lässt sich durch einen minimal höheren RRK-Wert kompensieren blaue Kurve Bild Renesas Bild 8 Die in Bild 7 blaue Kurve vorgeschlagene Kompensation der parasitären Kapazität am Ausgang des stromrückgekoppelten Operationsverstärkers hat kaum Einfluss auf die Impulsantwort Bild Renesas Bild 5 Wird die parasitäre Kapazität am invertierenden Eingang CPI kompensiert und der Eingangswiderstand auf den Wert der Parallelschaltung aus Rückkopplungsund Verstärkungswiderstand dimensioniert lässt sich die Resonanzüberhöhung im Frequenzgang gut eliminieren Bild Renesas Bild 6 Mit der Kompensation der parasitären Kapazität am invertierenden Eingang CPI wird zugleich auch das Überschwingen reduziert Auch in diesem Beispiel wurde der Eingangswiderstand auf den Wert der Parallelschaltung aus Rückkopplungsund Verstärkungswiderstand dimensioniert Bild Renesas