c't-Lab

psclab38 hat geschrieben:

Roddot hat geschrieben:@psclab38
Wie schon oben gefragt nochmal konkret, was macht den mit >15V im Eingang "überfahrenen" 5532 kaputt der Strom oder die Spannung?
Bei ESD und besonders C-Mos ist es eindeutig die Spannung! Bei "Latch Up" doch auch?

Das Zuviel an Temperatur schadet im Allgemeinen:
Ganz allgemein gilt: Wenn die Spannung am Eingang eines Bauteils die Versorgungsspannung übersteigt, dann fängt üblicherweise eine Schutzdiode an zu leiten. Dabei folgt der Strom der entsprechenden Diodenkennlinie, dabei kann man mal von einer normalen Siliziumdiode ausgehen. Die Diode schützt die eigentliche Schaltung davor, daß die Spannung noch positiver wird als die ungefähr 0,5- 0.7V Durchlassspannung einer Si-Diode. Jetzt fließt aber ein Strom durch die Diode und das heizt die Diode auf. Wenn der Strom recht hoch ist und der Zustand lange dauert, dann kann die Diode so heiß werden, daß sie ihrerseits kaputt geht. Das hängt u.a. von der Wärmeleitfähigkeit und eben der an der Diode anfallenden Wärmeleistung ab. Merke: zuviel Leistung ist schlecht. Daher macht ein Vorwiderstand Sinn, der den Strom und damit die Leistung und damit wiederum die Aufheizung begrenzt.

Bei ESD-Enladungen wird die gleiche Diode wie bei den vorher betrachteten niederohmigen Überspannugen aktiv. Da sind die Spannungen zwar größer, aber nach Definition der entsprechenden Tests wird eine max. Ladungsmenge auf den Anschluß appliziert. Durch die Spezifikation Spannung (z.B. 1kV), der Ladung und evtl. eines Entladungswiderstandes wird die Abgabe der Leistung über die Zeit definiert und dann getestet, ob die Schutzdiode auch schützt und nicht durch Überhitzung kaputt geht, weil z.B. zuviel Leistung in einem Moment an der Diode anfällt.

Wenn nun beim 5532 gar keine Schutzdiode vorhanden ist, dann ist der Eingang nochmal viel empfindlicher. Die ersten Transistoren werden dann Strom und Leistung abbekommen und die sind normalerweise nicht dafür ausgelegt. Ein OP-Eingang ist sinnvollerweise ziemlich hochohmig. Bei einer Spannung außerhalb der Betriebsspannung wird ziemlich schnell eine Diodenstrecke leitend und die ist für das normale Funktionieren der Schaltung, aber nicht für deren Schutz ausgelegt. Bei zuviel Strom * Spannung = Leistung und daraus zu hoher Temperatur wird was kaputt gehen.

Auch wenn Sperr- oder Isolationsspannungsgrenzen (z.B. C-MOS) überschritten werden, dann fließt Strom. Zusammen mit der Restspannung gibt's Leistung und damit Temperatur: Es verschmort was. Damit ist dann aber meist der Isolationswiderstand beim Teufel, es fließt immer etwas Strom und bei Halbleitern gibt's dann z. B. nach einer Weile die bekannten Spätausfälle nach Überspannung, sofern nicht schon auf der Stelle was kaputt ist.

Roddot hat geschrieben:Und nun beim verlassen der erlaubten Eingangsspannung ist es ein "langsames" thermisches kaputt heizen des 5532?

Man muß unterscheiden: Bei den Absolute Maximum Ratings oder Limiting Values schreibt der Hersteller, was grade noch so erlaubt ist, ohne das Teil direkt kaputt zu machen. Wo es dann wirklich kaputt geht, das sollte man in guten Designs nicht ausreizen. Meist steht dabei, daß der Betrieb über längere Zeit in dem Bereich der absolute maximum ratings zum Frühausfall führen kann (könnte man als Kaputtheizen bezeichnen).
Diese Werte sind keine Dauerbetriebswerte, daher man sollte checken, daß man sich in weitem Abstand aufhält, oder wenn man dem in Ausnahmefällen kurz mal nahe kommt, das das nicht zu oft auftreten kann.

Die anderen Parameter oder auch Characteristics oder ähnlich beschreiben den normalen Betrieb: Die Eingangsspannungen des OP sind nur die Betriebsgrenzen, in der das Teil noch als OP funktioniert. Kommt man dahin, dann hängt der OP zwangsweise in der Sättingung und es kann eine Weile dauern, bis er sich wieder erholt, nachdem man wieder normale Eingangsspannungen angelegt hat. Das sollte man ins Design einbeziehen, wenn es ein regulärer Betriebszustand ist, evtl. könnte halt ein OP nötig sein, der das Messen im Bereich der Betriebsspannug(en) erlaubt. Anderenfalls ist es unwichtig. Wenn Du einen Sense-Anschluß verpolst, dann kann man eh nichts sinnvolles messen. Und das Umsteckern geht langsamer als die Erholzeit des OPs.

Roddot hat geschrieben:Das begrenzen auf 15V (ESD zB) ist mit normalen Dioden gegen +15V nicht möglich, wie wir ja nun wissen. (abgesehen von den weiteren Problemen)
Was tun? Z-diode(n)

psclab38 hat geschrieben:

Roddot hat geschrieben:Das begrenzen auf 15V (ESD zB) ist mit normalen Dioden gegen +15V nicht möglich, wie wir ja nun wissen. (abgesehen von den weiteren Problemen)
Was tun? Z-diode(n)

Halte ich für überflüssig. Aber wenn's Dich beruhigt, dann nimm die Z-Dioden.

Roddot hat geschrieben:Ich denke das ausmessen mit einem Diodentester was ein OpAmp (Stromlos) Eingangsseitig an Schutzmechanismen hat ist zumindest bei Transistoren (FETs) meist unmöglich.

ompf hat geschrieben: Netzteil auf 500 µA Strombegrenzung und Spannung auf die doppelte Nenn-Betriebsspannung des ICs einstellen, und dann die Durchbruchspannung messen. Ein pn-Übergang liefert 0.5-0.8V und eine Basis-Emitterstrecke rückwärts ca 6..8V.
So kann man auch B-E und B-C beim Transistor unterscheiden.
Der Diodentester macht auch nichts anderes, aber mit 2 mA und maximal 2 V.
Gruß
Patrick

Roddot hat geschrieben:Vorweg, das mit dem Transistor (j-Fet) habe ich noch nicht wirklich so gut verstanden das ich es einsetzen könnte. (CM hat im DIV was ähnliches aus normalen Transistoren gebaut)

Roddot hat geschrieben:Cm setzt manchmal die Versorgungsspannung der OpAmp Regler mit jeweils 10R "hoch" möglicherweise hat das was mit dem hier Diskutierten zu tun.

psclab38 hat geschrieben:

Roddot hat geschrieben:Vorweg, das mit dem Transistor (j-Fet) habe ich noch nicht wirklich so gut verstanden das ich es einsetzen könnte. (CM hat im DIV was ähnliches aus normalen Transistoren gebaut)

Wenn Du die Schutzschaltung meinst, das ist ein ganz normaler Si-Transistor. Da benutzt man einfach die Basis-Collector-Diode des Transistors. Die ist (wenn man keinen Strom in die Basis fließen läßt - das ist durch die Brücke Basis-Emitter ausgeschlossen) einfach ein gesperrter Transistor und damit ziemlich leckstromarm => das was wir wollen. In der Gegenrichtung ist sie eine (parasitäre) Si-Diode.

HF-mäßig dominiert die Kapazität der B-C-Strecke, und die ist mit 2.5pF typisch keine echte Gefahr für die Signale in unserer Regelschleife. Die Schaltung ist weitverbreitet und dürfte in dem hier erforderlichen Frequenzbereich nix kaputt machen.

Roddot hat geschrieben:Cm setzt manchmal die Versorgungsspannung der OpAmp Regler mit jeweils 10R "hoch" möglicherweise hat das was mit dem hier Diskutierten zu tun.

Das glaube ich nicht, außerdem ist's eher etwas runtergesetzt, wenn Du R6 und R38 meinst. Das ist einfach eine Entkopplung, damit die OPs eine sauberere Betriebsspannung haben. mit Vorwiderstand, Elko füRs Grobe und NF und den 100nF-Kondi für die HF.

Es ist zwar ganz nett, das alles durchzudiskutieren, aber solange nicht jemand echte Probleme mit der Schutzschaltung hat, ist die ein echt vernünftger Kompromiß. Es wird immer einen Punkt geben, an dem sie dann versagt. Aber man sollte auch nicht mit mehr als 40V an den Eingang eines Netzgerätes rangehen, das selbst nur bis 20V geht.

Roddot hat geschrieben:Das dann auch noch in eine funktionierende Schaltung einbringen zu können ist ohnehin eine Aufgabe die nur Leute wie du und die anderen zwei bis vier verdächtigen beherrschen, CM sicherlich auch.

psclab38 hat geschrieben:Dann schlage ich doch einfach eine zweite Bugfix-Platine für den NE5532 vor. Schön klein mit SMD, damit sie nicht viel Platz braucht und somit Raum für weitere Platinen läßt :

NE5532_Prot.JPG

Roddot hat geschrieben:R hat den auch als BC846BW der kann dann 200mA aber SOT-323! warum der kleinere eine höhere Verlustleistung kann...?
Wären dann bis 80V+ das was am R steht? --> Rs??

Roddot hat geschrieben:Möglicherweise 6,7 zusätzlich verbinden um Kontakt Problemen Vorzubeugen.

Roddot hat geschrieben:Welchen anderen "5532" mit R to R Out, günstig zu bekommen bei den CT-Lab Lieferanten, nehmen wir den nun?

psclab38 hat geschrieben:

Roddot hat geschrieben:R hat den auch als BC846BW der kann dann 200mA aber SOT-323! warum der kleinere eine höhere Verlustleistung kann...?
Wären dann bis 80V+ das was am R steht? --> Rs??

Wie schon weiter oben beschrieben, geht's auch hier um die Verlustleistung:

Also mal eine Überspannungssituation: 40V am Sense-Eingang. Damit fängt unsere Diode (der Transistor) zu leiten an und es fallen an ihm 0.7V ab. Es fließt Strom von +40V über den Widerstand und die Diode auf die Versorgungsspannung von +15V. Das macht 40V-0,7V-15V= 24.3V am Widerstand. Der hat im ursprünglichen Vorschlag 4.7k, daher ist der Strom 24.3V/4.7k=5.2mA.

An der Diode (=Transistor) fällt eine Leistung ab von 0.7V * 5.2mA = 3,7mW => SOT32 reicht völlig (Pmax=250mW)
Am Widerstand fällt eine Leistung ab von 24.3V * 5,2mA = 126mW => 0805-SMD hat 125mW. Das liegt zwar auf der Kante, aber nur für den Fehlerfall mit 40V. Dto für -40V.

Wer Bedenken hat, ändert die beiden Widerstände auf 10k (ist glaub ich auch mal vorgeschlagen worden), dann sieht's so aus:
I = 24.3V/10k= 2.4mA
P(T) = 1.7mW
P(R) = 58mW
Oder er nimmt 1206 oder gar bedrahtete Widerstände.

Ich denke, der NE5532 ist mit der Schaltung weniger gefährdet als der R59, wenn man Sense- z.B. an 20 Volt legt, der kriegt die Dröhnung ab: U^2/R => 4W, bei 25V => 6.3W. Langfristig gibt's da Rauchzeichen; das sind dann eher die Verschleißteile.

Gleiches gilt für R60, wenn man Sense+ mit Out- verbindet. Und wenn man die niederohmige Last nur mit den Senseanschlüssen verbindet, dann heizen beide (R59+R60) auf.

Roddot hat geschrieben:Möglicherweise 6,7 zusätzlich verbinden um Kontakt Problemen Vorzubeugen.

Man könnte den Widerstand zwischen 6. und 7 nur auf der Platte verlegen, aber da fließt nur der Leckstrom nach In-. Der Widerstand zwischen 6 und 7 ist aber ABSICHT.
Wenn wir an den IC-Sockeln allgemein Kontaktprobleme haben sollten, dann ist die ganze DCGg aber echt in Schwierigkeiten.

Roddot hat geschrieben:Welchen anderen "5532" mit R to R Out, günstig zu bekommen bei den CT-Lab Lieferanten, nehmen wir den nun?

Einen 5532(A), damit ist der dann ja geschützt.
Oder irgendeinen anderen, der wird nur als doofer Spannungfolger und Differenzverstärker eingesetzt. Die Spannungen an den Eingängen sind im Normalbetriebsfall im Bereich von 0V , nämlich der Differenz zwischen OUT- und Sense- für U5b bzw. ca. max. 8V für U5a (= 1/4 *30V).

Roddot hat geschrieben:6,7 sind doch aber auf der CM-PCB gebückt, also ist mein Ersatzschaltbild deines PCB's wohl falsch, muss ich nochmal nach schauen.
Ach so; wer sich klar ausdrücken kann ist auch klar im VORTEIL
nee ich meinte den Sockel 6,7 auch "oben" brücken, nicht den neuen OpAmp. Das mit dem Widerstand ist klar.

Roddot hat geschrieben:Dann nochmal zum Abschluss, wann wird solch eine Schaltung mit den oben in der Applikationsschrift empfohlenen FETs (2N4117A) aufgebaut.

Roddot hat geschrieben:Ist da mit Problemen durch zB statische Felder zu rechnen?

Edit:
Was ich Frage ist,
der Normale Transistor als Diode betrieben ist nach wie vor ein in relative kleinen N-,P-Schichten aufgebauter Halbleiter. (geringe Flache die zB Störstrahlung ausgesetzt ist, auch "Mikrophonie")
Der empfohlene j-Fet besteht dagegen möglicherweise aus einem relative großen N-dotierten Zylinder mit einer relative kleinen Ringförmigen P-Schicht. Die "Angriffsfläche" für Störstrahlen könnte um Größenordnungen ungünstiger sein, verglichen mit einem "normalen" Transistor, so das dieser Nachteile den Vorteil des noch geringen C's und I's aufhebt.
Der j-Fet ist bedrahtet (kein smd) und es gibt ihn auch als Metallausführung (schirmt die Störstrahlung ab?).
Wer solch ein j-Fet verwenden möchte muss deshalb gleich die Metallversion bestellen?
Der bedrahtete 846 als 546 hat manchmal erheblich grösseres C und Icb als der hier besprochene 846, mal aber auch nicht! Scheint also am Herstellungsprozess zu liegen und nicht an den "Beinchen", wie ich zuerst dachte.
Keiner der CT-Lab Lieferanten gibt näheres zum Hersteller der BC546/846 an, also Lotto.

psclab38 hat geschrieben:

Roddot hat geschrieben:6,7 sind doch aber auf der CM-PCB gebückt, also ist mein Ersatzschaltbild deines PCB's wohl falsch, muss ich nochmal nach schauen.
Ach so; wer sich klar ausdrücken kann ist auch klar im VORTEIL
nee ich meinte den Sockel 6,7 auch "oben" brücken, nicht den neuen OpAmp. Das mit dem Widerstand ist klar.

Ja, kann man.

Roddot hat geschrieben:Dann nochmal zum Abschluss, wann wird solch eine Schaltung mit den oben in der Applikationsschrift empfohlenen FETs (2N4117A) aufgebaut.

Auch hier ist es wieder eine Sache der Verhältnismäßigkeit oder der Antwort auf die Frage: "Welcher Effekt dominiert?".

Wenn Du Dir die Schutzschaltung ansiehst, am Knoten Vin+, Vorwiderstand 4k7 und den beiden Schutzdioden/Transistoren, dann frage Dich welcher Strom wohin fließt. Es gibt den Leckstrom in den OP-Eingang, maximal 1000nA. Wenn der durch den 4k7-Widerstand fließt, dann macht das 4,7mV Spannungsabfall. Das gilt auch für den invertierenden Eingang, darum der zweite Widerstand. Damit sehen beide Eingänge den gleichen Quellwiderstand. Somit ist eine Kompensation erreicht, die eventuell nur von der Differenz der Leckströme der Eingänge beeinflußt wird. Die liegt aber min. eine Größenordnung kleiner, also kleiner <0.5mV. Das dürfte in unserem Anwendungsfall im Meßrauschen liegen.

Die als Schutzdioden geschalteten Transistoren haben bei 30V einen Leckstrom von max. 15nA, also 2GOhm. Allein das Verhältnis von max. OP-Leckstrom und Schutzdioden-Leckstrom ist über 60. Damit dominiert ganz klar der OP, was den Leckstrom angeht. Außerdem kompensieren sich die Dioden quasi selbst, weil je eine nach + und -15V zieht und der Wertebereich bei unserem Spannungsfolger eh bei ca. 0V liegt.

Außerdem habe ich mit den Maximalwerten gerechnet, die typischen Werte sind 5-10 mal besser. Damit gibt's da keine nennenswerten Abweichungen durch die Schutzschaltung.


Die Schaltung mit dem FET, die Du da gefunden hast, operiert in einem extrem hochohmigem Bereich. Da ist der Quellwiderstand wohl um etliche Faktoren höher als hier, und auch der OP hat eine ganz andere Qualität. Daß man sich da um noch geringere Leckströme Sorgen macht, ist mir schon klar. FüRs DCG: vergiß den FET.

Roddot hat geschrieben:Ist da mit Problemen durch zB statische Felder zu rechnen?

Edit:
Was ich Frage ist,
der Normale Transistor als Diode betrieben ist nach wie vor ein in relative kleinen N-,P-Schichten aufgebauter Halbleiter. (geringe Flache die zB Störstrahlung ausgesetzt ist, auch "Mikrophonie")
Der empfohlene j-Fet besteht dagegen möglicherweise aus einem relative großen N-dotierten Zylinder mit einer relative kleinen Ringförmigen P-Schicht. Die "Angriffsfläche" für Störstrahlen könnte um Größenordnungen ungünstiger sein, verglichen mit einem "normalen" Transistor, so das dieser Nachteile den Vorteil des noch geringen C's und I's aufhebt.
Der j-Fet ist bedrahtet (kein smd) und es gibt ihn auch als Metallausführung (schirmt die Störstrahlung ab?).
Wer solch ein j-Fet verwenden möchte muss deshalb gleich die Metallversion bestellen?
Der bedrahtete 846 als 546 hat manchmal erheblich grösseres C und Icb als der hier besprochene 846, mal aber auch nicht! Scheint also am Herstellungsprozess zu liegen und nicht an den "Beinchen", wie ich zuerst dachte.
Keiner der CT-Lab Lieferanten gibt näheres zum Hersteller der BC546/846 an, also Lotto.

Jetzt läufst Du aber schon wieder weiiit weg. Mach' Dir doch nicht so viele Sorgen! Du läßt einem auch keine Verschnaufpause!

"Mikrophonie" ist die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Schwingungen. Halbleiter sind da eher unempfindlich, bei Röhren kann das durchaus ein Thema sein.

Statische Felder tauchen in der DCG-Umgebung normalerweise nicht auf. Oder hast Du irgendwo Hochspannung drin? Wenn, dann wären höchstens >dynamische< E- und H-Felder zu betrachten. Wenn Du aber ein Gehäuse um Dein DCG hast und nicht unmittelbar an den Bauteilen ein nacktes Schaltnetzteil betreibst, dann sollest Du Dich wieder beruhigen.

Zur "Empfindlichkeit" der Transistoren: Überleg mal, wie groß die Fläche ist, auf die die "Störstrahlung" bei Transistoren einwirken kann. Das ist in erster Linie die Verdrahtung. Die Fläche der Sperrschicht ist mit Sicherheit untergeordnet. Wenn man jetzt unbedingt will, dann kann man der Platine ein Massefläche spendieren, aber der OP hat keinen GND-Anschluß. Daher wäre wieder ein extra Draht nötig. Außerdem hat die Bugfix-1-Platine auch einseitig überlebt, und da sitzt auch ein OP drauf.

Die größte "Störspannung" fängst Du Dir eh' mit den Sense-Leitungen ein.

Roddot hat geschrieben:Ich will demnächst mal die ct-Lab DCG's/EDL's an mein KFZ anschließen und will schon mal abschätzen was ich demnächst alles bestellen und reparieren muss oder eben auch nicht.
Wenn ich dann mal einen "Hybriden" bekommen sollte wird es erst richtig spannend.

Roddot hat geschrieben:PS
Weiß nicht ob du mein Edit-II gesehen hattest, war wohl eine zeitliche Überschneidung.