Eindhoven University of Technology

MASTER

Toepassing van nieuwe meetmethoden in elektriciteitsnetten

op den Camp, M.C.

Award date:1986

Link to publication

DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

AFDELING DER ELEKTROTECHNIEK

Vakgroep Technieken van de Energievoorziening (EHO)

Toepassing van nieuwe meetmethoden

in elektriciteitsnetten

Ing. M. C. Op den Camp

EH.85.A.86

De afdeli~q der Elektrotechniek va~ de

Techniscne Hoqeschool Eindhoven aa~vaardt

qeen vera~twoordelijkheidvoor de ir.houd

van staqe- en afstudeerverslagen.

Afstudeerwerk verricht 0.1. v.

Prof. dr .ir. P. C. T. van der Laan

December 1985

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN

OdC/T12-12-1985853046 T.13

Voorwoord.

Met dit afstudeerverslag beeindig ik m1Jn studie tot elektro­technisch ingenieur aan de Technische Hogeschool te Eindhoven,afdeling der Elektrotechniek.Aan allen, die aan de realisatie van dit afstudeerwerk hebbenbijgedragen, zeg ik hartelijk dank, met name prof.dr.ir.P.C.T. van der Laan, ir. J.P.H. van Hoorn en dr.ir. A.J. Bovyen daarmee ook de medewerkers van EHO (vakgroep Hoogspan­ningstechniek), SA (afdeling Studie Algemeen) en TP (afdelingTransport), in het bijzonder de heren ir. H. van Rooij, ing.R. Noij, T. de Graaf, ing. J.W. Scheeren en ing. T.C.J.Sagenschneider.Verder dank ik de directie van de NV PLEM voor de mij ver­leende studiefaciliteiten, alsmede voor de toestemming om inhet 150 kV-station Lutterade metingen te verrichten.Ook dank ik het Tekstverwerkingscentrum voor het typen vandit verslag.De meeste dank ben ik verschuldigd aan mijn vrouw Oda, diemij gedurende al die jaren heeft gesteund, zodat ik deze stu­die heb kunnen volbrengen.

Maasbracht, 12 december 1985

Deze onderzoekingen werden gedeeltelijk gesteund doorde Stichting vaar de Technische Wetenschappen (STW).

- 1 -

Inhoudsopgave.

Voorwoord

Summary

bIz.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Inleiding

Beschrijving van het e1ektronisch meet­systeem2.1. Spanningsmeetsysteem2.2. Dimensionering spartningsmeetsysteem

ten behoeve van comptabele meting(klasse 0,1)2.2.1. Algemeen (rekenvoorbee1d)2.2.2. Uitvoering spanningsmeetsysteem

(klasse 0,1)2.2.3 Metingen in het 150 kV-station

Lutterade2.3. Dimensionering spanningsmeetsysteem ten

behoeve van transiente spanningsmetingen2.3.1. Algemeen2.3.2. InvIoed parasitaire zelfinductie

op bandbreedte differentiator2.3.3. Uitvoering transiente span­

nings-meting en metingen in hethoog-spannings1aboratoriurn

2.3.4. Metingen in het 150 kV-stationLutterade

2.4. Stroomrneting2.4.1. Algemeen2.4.2. Dimensionering stroomrneetsys­

teem ten behoeve van comptabelemeting (klasse 0,1)

2.4.3. Dimensionering stroomrneetsysteemvoor het meten van kortsluitstromen

2.4.4. Metingen in het 150 kV-stationLutterade

Beveiliging elektronisch systeem3.1. Algemeen3.2. Bepaling grootte van de bliksemspanning

over Rd3.3. Overspanningsbeveiliging comptabel meet­systeem

3.4. EMC-aspecten differentierendejintegre­rende meetsystemen

Conc1usies en aanbevelingen

Literatuurlijst

Definities inzake operationele versterkers

Technische gegevens van de gebruikte oparnps

2

88

1212

20

2S

3131

37

39

444646

47

52

5S

5858

60

63

6S

66

69

72

74

- 2 -

1. Inleiding.

De titel van dit afstudeerwerk is: "Toepassing vannieuwe meetmethoden in elektriciteitsnetten". Stromenen spanningen in onder andere hoogspanningsschakelsta­tions worden gemeten met meettransformatoren. Dezekunnen worden onderverdeeld inspanningstransformatoren en stroomtransformatoren. Deeisen en bepalingen van deze meettransformatoren zijnvastgelegd in de normen NEN 10085 en 10086 +aanvullende bepalingen lit. (1). Voor een naderebeschouwing van de voorkomende typen wordt verwezennaar lit. (12/13).

In dit afstudeerwerk zal een methode worden aangegevenvoor het meten van spanning en stroom langs elektroni­sche weg, waarbij het signaal eerst wordt gedifferen­tieerd en daarna geYntegreerd. Dit onderzoek sluit aanop reeds eerder uitgevoerd werk inzake het meten vanspanning en stroom volgens bovengenoemd meetprincipe.Verwezen wordt naar de literatuurlijst, met namelit. 2 tim 6.Bovendien sluit dit afstudeerwerk aan op een onderzoekvan de TH Eindhoven, getiteld: "Niet conventionele,lineaire meetmethoden voor spanning en stroom ten be­hoeve van de energietechniek ll

, dat wordt gesteunddoor de stichting Technische Wetenschappen (S.T.W.).

Bet zal duidelijk zijn dat deze elektronische meetsys­temen, voor zover van toepassing, moeten voldoen aande eerdergenoemde NEN-bepalingen. Voor het meten vande spanning is een meetcondensator nodig. Deze meetme­thode is uitermate geschikt voor gesloten schakelin­stallaties, aangezien hier een meetcondensator vrijgemakkelijk is te realiseren. De stroommetinggeschiedt met een Rogowski-spoel (lucht-spoel), welkedoor de afwezigheid van ijzer geen verzadigingvertoont.De meetprincipes zijn in figuur 1.1 en 1.2 geschetst.

- 3 -

5eslote.~~1.(0.u,C;~01.lo...~\.e

#J1. Pr ~ Y\(~re Sfo.~n ~n~s rn€-t l V'I'r

Cd = capaciteit condensatormeetbelegsel.

C = capaciteit meetbelegsel ten opzichte van de meta­a len omhulling.

~010W~i.SroeL -::-

¥ PV"lV\Cl~ 5tvoOrnmt\:~Vlca

Wat onrniddellijk opvalt, is dat de elektronika van zo­weI spannings- als stroornrneting hetzelfde is, hetgeenzoals nog zal blijken grote voordelen met zichmeebrengt.

- 4 -

Een opmerkelijk verschil is echter dat bij de span­ningsmeting de meetkabel (coaxiaalkabel) tweezijdig isgeaard en dat bij de stroommeting de meetkabel eenzij­dig is geaard. Dit komt, omdat bij de spanningsmetinghet meetsignaal wordt afgetakt van de condensator metcapaciteitswaarde C , waarvan een zijde noodgedwongenaan aarde ligt. De ~ardverbindingmaaktdeel uit vanhet signaalcircuit. Aarding van de meetkabel aan deelektronicazijde is een veiligheidseis. Bij de stroom­meting wordt het meetsignaal afgetakt van de Rogowski­spoel, waarbij een aardeverbinding geen deel uitmaaktvan het signaalcircuit. Hier kan dus met eenzijdigeaarding worden volstaan.

Van de hier voorgestelde elektronische spannings- enstroommeting wordt niet aIleen een theoretische be­schouwing gegeven, maar tevens worden metingen in depraktijk uitgevoerd. Als meetplaats is het 150 kV­station Lutterade (zie de figuren 1.3 tim 1.5) van deNV PLEM gekozen, omdat daar een gesloten schakelin­stallatie is opgesteld, die voorzien is van conden­satormeetbelegsels, nodig voor de spanningsmeting.Tevens zijn hier hoogspanningskabels aanwezig, zodatook stroommeting mogelijk is.Drie aspecten zijn voor dit afstudeeronderwerp vandoorslaggevend belang:

veiligheid (meten in hoogspanningsstations);aarding en afscherming elektronisch systeem;de nauwkeurigheid van de meting.

De nauwkeurigheid van de spanningsmeting wordt inLutterade voor een groot deel bepaald door de in deschakelinstallatie aanwezige meetcondensator, die nietvoor dit doel ontworpen is. De volgende meetsystemenzijn gerealiseerd en getest:

spanningsmeting klasse 0,1 (comptabele meting);meting transiente spanningen; kan van belang zijnvoor het bepalen van de isolatie vanhoogspanningsinstallaties;stroommeting klasse 0,1;meting kortsluitstroom.

Enkele voordelen van spannings- en stroommeting, geba­seerd op het principe van differentieren en integrerenzijn:

slechts een hoogspanningselement nodig(spanningsmeting);lineariteit (arnplitude-onafhankelijk);grote bandbreedte;storingsongevoelig;de coaxiale meetkabel maakt deel uit van het meet­systeem en de lengte heeft geen invloed op denauwkeurigheid;flexibel (makkelijk uitbreidbaar systeem).

Een nadeel van deze meetsystemen zijn de hogepiekspanningen op de afsluitweerstand Rd·

leelgebied PLEM

Eisdeon

Llmmeol

"'- 1

I

)<. ~.../

r-­II

l')II

~"),

")/

//

,-_.../_.../

-5-

,'\...0_-'

J(

l

~

~

(Il.y(

>/

/

()

( °B~II~ld

j".

/

IM~~lbr~ko "7

L.J (~ROe'rmond )

~o../

r../

.. J80 kV. b~drllt'5Sp..inn,ng 1'50 k Y

\j'~rv.,)U In 1990

III .. III lIer 1j' ..1t ,n 1988

'--0)

r

"

Toutarld 1 Jyll 12"

Nil PrOYlnCllll l.mburgslELakttlc,tl.ts -Haatlchap9lJ

Hoogspanningsnet in Limburgmet s'panning van SOkV en hoger

-6------ - -- ---------------'----:-~-------------......,~·i~,...,.,

Hap. ~~ 'j4QAI600Allt

,1~',-~,:."..Venray. :.? mI

-- "\1"......-- "~ .....InstllL.ng blunpOILeft

G MorMQ/II IN'_oftt tjllllMt

e.lillbiarl'lfitd OVllfrblndlnglnl!i'!IQAj19U: .,...,......1n4J l .... 'attlelaal.ng.14Q.. ~tIftQ rJM-bIndln4Jc q c.1I( ••tll

• -oren bepaald 000t folQltOf'1.Qpt:lQrlllloNf"

USA,USAI.

I.~ '''',''.A,

UOAl4IOA'-

• t

': WIIerth••

I ,

~ n ~l Buggenum

=~w=:t~·rr= -,~.~.

, ,

MULbr.ekc!

:~ Belfoldt

'$5.... 1635...1

tlSSA!S1OA. lS,SAIS70AJ

Helden,~"•) '14Q"'I2170""

w

....--<.- ."..'. -~~.~·~;:"·======_=I:''''=J:::;:.===~l:Jl

Kelpen

~:N.derw••rt

~:'io~lh·''''.''· ~, 'at

• t • t t ..

-H.rum

&00" 600"'·

-IIIIIfI: '0 I 11 Jl'

M...bracht

10-­l--

I!lOIl" I I I"

aeek

1l6OAI15OOAI"

J.~ 120-

110..W

I...... 2300"12)00"'"

t 2COOAI2000A1-

1lIQ4196SA1

"I~,~I 801"

JOiSAt42QA1

1100."590.1

.:.~.~' ., ;.... ,,;

. '1'

-1-•

/-

f!

(' - ".

'f. • ,... ~l/cll\nr6,., A_------A.' r net 01 ",'

t: .D

-,

-'4 I"

I

- 8 -

2. Beschrijving van het elektronisch meetsysteem.

2.1. Spanningsmeetsysteem.

Bet spanningsmeetsysteem bestaat uit een differen­tierend en een integrerend netwerk. Het principe is infiguur 2.1 weergegeven.De schakeling volgens figuur 2.1 kan aIleen correctfunctioneren, wanneer de oparnp (operationele verster­ker) nagenoeg ideaal zou zijn. Met name de drift vande ingangsoffsetspanning en de ingangsoffsetstroomzijn er de oorzaak van dat aanvullende maatregelennoodzakelijk zijn.De ideale opamp wordt voorgesteld door de driehoek infiguur 2.1 met een -ingang (inverterend) en een +in­gang (niet-inverterend). Een uitgebreider vervangings­schema is in figuur 2.2 afgebeeld.Bierin is Ib de inputbiascurrent (ingangsruststroom) =1 +1bl b2als V = V = V = o.

2 os 1 2

lOS is de inputoffsetcurrent = Ibl - Ib2·

V is de input offsetvoltage en is de gelijkspanningd~~ tussen de niet-inverterende en de inverterende in­gang moet worden aangebracht om de uitgangsspanningnul te maken. Alvorens de signaaloverdracht zal wordenberekend, zal eerst een en ander betreffende degelijkstroominstelling (werkpunt) worden toegelicht,met name de fouten die daardoor in het uitgangssignaalontstaan (zie lit. 7 tim 10).

- 9 -

VU-150kvSf\:lt1n~~

Cd. Ri

c.a.

Figuur 2.1. Principe spanningsmeting.

Vi '> Ib1

llj, lI~Rdl~.

. Vu.=

fIb !~ A(Vi-V'l~

V2>'!.bl

Figuur 2.2. Vervangingsschema operationele versterker.

- 10 -

Inputoffsetspanning "V "os

co

Vo =I ( ~4 +R~ \ =- VOS . R, ~\R~ :::lA +'1\. VO$ (2..~)

R ~ spa.nV\lVl1svers\eV\(lVl1sfal<tov

Vos wordt (A + 1) keer versterkt.

Inputbiascurrent Ib (ingangsruststroom).

< l

V(t\ =-l~. ~'I.: 't-\ l~o~

l- -lb'l.. R'l.- Q

1

Vo=. VH +II +lb.\~=lb, Ill' -lb,"Rt (It ~)

t C~ .'1...4. '1v.\Vloe~ lV\~t'o(C~.scu.we~t of V-A.{CfwtS.-Sl~V"Ua.l.

De spanning V is een fout in de uitgangsspanning ten­gevolge van dg ingangsruststroom. Deze fout is mini­maal als R2 = R1//RF .

Dan is Vo = (Ib1 - Ib2) . RF = los· RF · (2.3)

- 11 -

De ideale integrator.

1 It.0t wel eo =. - iU e1 dt l'l.41o

De niet-ideale integrator.

uit figuur 2.6 kan worden afgeleid:

eo:::: - R~ relM + R~ rVll5 dl: + ~Jlb.eli ('1.51

Bet zal duidelijk zijn dat als gevolg van Vos en Ih deopamp zal worden overstuurd, de terrnen 2 en ~ repre­senteren de fout in het uitgangssignaal.

- 12 -

De inv10ed van de inputbiascurrent I b1 en I b2 is teverk1einen door aan de +ingang een weerstan~ aan tesluiten gelijk R1//R2 (zie figuur 2.7), zodanig dat I bdaalt tot I . Vergroting van de capaciteit leidt even­eens tot ee&Sverkleining van de ge1ijkstroomfout. Omte voorkomen dat de opamp volledig wordt overstuurd,moet een weerstand parallel aan de capaciteit wordengeplaatst.

Bet schema van de integrator is in figuur 2.7weergegeven.

R

eo-=: - .B3..-. eiR"\van de integrator

-= ~Al\t~Qve ~V\-teC~No.tOV.

R2 bepaalt het instelpunt

(gelijkstroominste11ing).

De weerstand R doet de hoek tussen ingangssignaal enuitgangssignaaf van 90° (idea1e integrator) afwijken{formule 2.6} en is dus bepalend voor de hoekfout vanhet spanningsmeetsysteem, bij overdracht van sinusvor­mige signalen.

2.2. Dimensionering spanningsmeetsysteem ten behoeve vancomptabele meting (klasse 0,1).

2.2.1. Algemeen (rekenvoorbeeld).

De foutgrenzen van klasse 0,1 gelden voor 50 Hz enzijn gedefinieerd als: I transformatiefout I ~ 0,1%,Ihoekfoutl < 5 minuten. Voor een exacte definitie vanhet klassegebied wordt verwezen naar lEe publikatie186 (NEN 10186). Bet principe van de meting is in fi­guur 2.8 aangegeven.

- 13 -

=

=

capaciteit meetbelegsel.

capaciteit belegsel ten opzichte van aarde(metalen omhulling).

De coaxiaalkabel wordt met zijn karakteristieke impe­dantie afgesloten, zodat de signaalbron een zuivereohmse weerstand ziet. Ter onderdrukking van hoogfre­quente signalen, die intern in het hoogspanningssys­teem optreden, bijvoorbeeld door het trekken vanscheiders, wordt een laag doorlaatfilter toegevoegd.Het principeschema is in figuur 2.9 weergegeven.

___.....,y-~ -'J

- 14 -

= arctan W "(~

'IJ Po . ~het filter geldt: \? =- -"_. --:---....i"f

vQ R~ ~ +~v.:"(L \'"Onder weglating vanmet 'l; = R .. C ..

" 1. 1.

Het argument van VoV

Bij een Ihoekfoutl d <halve "Ci.. ~ 2,2 sec:­punt wordt nu verder

5 minuten (klasse 0,1) moet der­zijn (lit. 2). Met dit uitgangs­gerekend .

.X - jWRo.Cct. eV) Rd

Vr-. - ~ +~W Rd (Cd~\ I I = ~ +- iW RdCCatCd.\

Uitgaande van de gegevens R = 50 Sl , C = 94 pF enC = 19,2 nF, bedraagt de kgntelfrequent~e (f ) vand~ differentiator 165 kHz. Voor frequenties <~'~65 kHzgeldt dan:

Va. _Vh (1.'"\

VCl _ ~W~~

Vh - ~ +~wty

. VC1l::: ---=--R\+ ti.

Voor frequenties « 165 kHz gedragen het meetbelegsel(Cd)' de coaxiaalkabel en de afsluitweerstand Rd zichal~ een differentiator.De totale overdrachtsfunctie van deze spanningsmeting,gedefinieerd als het uitgangssignaal, gedeeld door hetingangssignaal Vh (primaire spanning) wordt aan dehand van figuur 2.10 bepaald.

me-l 't\ -= (1 (Ql+Qd\ eV\ ~L -= R?c ~ Rct~tjW~

\WQd.Cd. Vh. R/:: R~ tR1 +~~+~t+Rd t~.jlv't't

Vo=- c- ~l i "(~ -= RtcL } 'tt\ = (1. ( R\/I <21 +QdJ1t JW'l'L

- 15 -

(2.8)VoVh -

Dit leidt tot:.

R~ Jw RclCd-R~\' l~ t ~w "(~I 'l ~t \W"(L\(2e ordesysteem +-'-. ..:...-_---:l_..>L.._~....L.),....;._......J__~___I

Dit is in figuur 2.11 grafisch weergegeven.Als bandbreedte voor het filter wordt in eersteinstantie 5 kHz gekozen, dus f k f = 5 kHz ~

(kantelfrequentie van het filtet73dB punt).l~ isbepaald op 10 seconden ofweI f . = 0,016 Hz(kantelfrequentie van de integ~ator). Voor f k i «f« f k f is het meetsysteem frequentie-onafhanKelijken gelat:

enlfl.C!)

l = W'l'd.~'

R1

., wordt bepaald door de maximaal toelaatbare stroomn het terugkoppelnetwerk.

R. = 101 C.

1

R2 en C2 volgen uit de bandbreedte van het filter.

Voor frequenties veel kleiner dan de kantelfrequentievan de integrator bedraagt de spanningsversterkings­factor van de schakeling

R.A = 1

.",....=-..",....------R

1+R

2+R

d

Deze A dient in verband met driftproblemen van deopamp zo klein mogelijk te zijn. Dit kan aan de handvan figuur 2.12. worden toegelicht (eerste balanstrapopamp) .

---.----l~~_ ~t , (, ,(t 7 r\.,

I '

I ., I:i ·Ii •

I ..

I ,

I,,...

.. 1 ...

Ii

..... i.·.. .......I

.J....I.i .

I-\IH· ... ·..·.. -\··.. · .. ..... ..

qO-I-··1 ..I

60

"to _ _ ·..·I·lf·III·III ·· " ...

I

boJfi--;::~

50 ..~~

40

ll)pf'111,IP't" Wlllrtl P / Ii 1"11' I

- 17 -

Door de correctiestroom I k ontstaat aan de ingang eenoffsetspanning ~ V , werke eveneenstemperatuurafhankel~~kis. Door deze correctiestroomI (offsetregeling) wordt de stationaireoffsetspanning in het uitgangssignaal weggeregeld.Voor verdere rekenwerk wordt figuur 2.12 omgewerkt totfiguur 2.13.

~~ V) vloe.d.. V~vs{evk~wtsfo..ktov Op U.l1~ (A~<; Sfll\­V\ LV\cts o..v l ft.

Va -=. Ao · ( LlVo5 - Q~ll.( . VaI.l-::: II.fRl l t evIA1lt0ff~ l, VI11

V - A0 !J. Vos _ A. ~Vos l '1. 10)o - ~ + lAo

- 18 -

Door A klein te houden, b1ijft de fout in het uit­gangssignaa1 klein.

Als opamp wordt gekozen type AD 3554; uitgangsstroom100 rnA bij een uitgangsspanning van maximaal 10 V(slew rate 1.000 VI ~sec, gain band-width product1,7 GHz), voor verdere gegevens zie hoofdstuk 7.

De ingangsspanning is Vh = 150.000 V2 VW

Het complete schema met gelijkstroominstelling enwaarden van de componenten is in figuur 2.14weergegeven.

In de integratorschakeling is A de spanningsverster­kings factor van de opamp voor frequenties beneden dekantelfrequentie van de integrator.

Verder geldt:

• VI =O,'l.~ V, 0 ~

=

=

=

Ri II (R1+R2+Rd ) = 1228)l

R5 II R6~1 kSl128 mV eff. = 180,8 mV top

(bij Vh = 150 kV)

'l3'De weerstanden R3 en R7 z~Jn zo gekozen dat deingangsruststromen minimaal zijn (zie figuur 2.4).

- 19 -

Beide opamps zijn voorzien van een offsetregeling,welke niet in het schema is ingetekend. De beveiligingtegen overspanningen wordt in hoofdstuk 3 behandeld.Het grote nadeel van deze schakeling blijft de drift,welke bepalend is voor de klasse van het meetsysteem.

Afgeleid kan worden, dat de maximale gelijkstroomfoutin het uitgangssignaal gelijk is aan:

Val'MQ1-rj.c -= lA+~" V~selMJnj ~ lA+1} lVofTsa +4· (~+R~~ b.. ~~\wt. vwrt. te~.Met beh~ip van de volgende gegevens van opamp,type 3554 AM, welke bij de eerste proeven is gebruikt,te weten Voffset = 0,5 mV;

Ll~~sef.\ ='LOINIO( i ~V~t ~ ~OAJ.VIv . I b'c..s =. ~ OfAT ').~O( ~(ly ,- )

(verdubbeling bij elke looe temperatuurstijging) eneen maximum temperatuur van 85°e is de maximale ge­lijkspanningsfout te berekenen op 6,26 V.

Om de driftproblemen te kunnen beheersen, zal de scha­keling gemodificeerd moeten worden.

- 20 -

2.2.2. Uitvoering spanningsmeetsysteem (klasse 0,1).

Zoals aangetoond is de invloed van de drift op hetuitgangssignaal groter, naarmate de spanningsver­sterking A groter is.In § 2.2.1 is als uitgangspunt genomen, dat de tijd­constante van de integrator ~L> 2,2 sec. moet zijn,wil de Ihoekfoutl < 5 minuten bedragen (klasse 0,1)voor het gehele meetsysteem. De Ihoekfoutl van de in­tegrator wordt nu groter dan 5 minuten genomen, zodat,wil de Itotale hoekfoutl van het meetsysteem < 5 mi­nuten zijn, een fasehoekcorrectie met een RC-netwerkmoet worden toegepast. Dit heeft als direct gevolg,dat de spanningsversterkingsfactor A kleiner wordt,hetgeen gunstig is ten aanzien van driftproblemen.Bovendien wordt de gelijkspanning geblokkeerd, zodatde driftproblemen helemaal zijn geelimineerd, wat denauwkeurigheid ten goede komt. Tevens wordt deuitgangsspanning verlaagd van 10/ ~ V naar 5/ ~ V,zodat bij een maximale primaire ~~nning van 165 kV deuitgangsspanning V = 1,1 x 5 x V2- = 7,78 Vtopwaarde. Bet sys~eem wordt nu onder geen enkele be­drijfstoestand meer overstuurd. Bet meetsysteem is infiguur 2.15 weergegeven.

De hoekfout is op precies nul minuten af te regelen.Reeds eerder is afgeleid (formule 2.8):

Y.s{ R~ _ ~wRdCctV'f\ R~l ~+~wrr,.'\l4+-~WrrL\

De hoekfout kan worden berekend met de formule:

Si..J = 1&00 -t- (qoo -OVC{a.V'W't\ - CtK.~(,\ttllVOl

()I -6 ry.Invullen van Lf = 159,15.10 sec. en Ll =leidt tot:

l1.11\

118 msec.

1° 1q I\ J

taSefOLtt

,f':J-I

1M 2- 'It-f

6,QfAS- 'lX~okAtil (1. n''Sfr:

'l~J\.

'l...'(~dU.

'OtA Vo =~ arJ!~d.d.. ~ott.A.

",/h itt Df erUttFtht(fMC - e1.5'

fttL:= 1,'~5 Hl

- 22 -

De dimensionering van de' correctiefilters om de totalehoekfout van het meetsysteem op circa nul minuten afte regelen, is als voIgt:

Ie correctiefilter

~ + ~WQ.c.

~L:: ~Oo -~ WRc. =- +~b,5'

Spanningsversterker: bL = -180°.

2e correctiefilter

De 10 kJl weerstand zorgt ervoor dat de hoekfout be­lastingonafhankelijk is.

- 23 -

De meetnauwkeurigheid geldt voor 50 Hz en niet voorhogere frequenties. Bij stijgende frequenties wordt deinvIoed van het ingangsfilter (B = 1.000 Hz) duideIijkmerkbaar. Hoekfout en transformatiefout nemen aanzien­Iijk toe. De bandbreedte van het ingangsfilter kanniet onbeperkt worden verhoogd, omdat het anders nietmeer mogelijk is de hoekfout op deze wijze te corri­geren. Correctie dient dan op een andere manier tegeschieden.

De schakeling is compleet met beveiligingscomponenten(zie 3.3) doorgemeten, waarbij de ingangsspanning con­stant is gehouden en de frequentie is gevarieerd. Hetresultaat is in figuur 2.16 grafisch weergegeven, uit­gaande van een nominale bedrijfsspanning van 150 kVprimair, ofweI Vd = 181 mV top. V;

Zoals uit de grafiek bIijkt, gedraagt het meetsysteemzich als een integrator met 20 dB demping per dekade.De meetwaarden zijn op de osciIIoscoop afgelezen. Eenverandering in de fasehoek was niet waarneernbaar.Eveneens is deze schakeling doorgemeten bij een derdevan het meetsignaal (60 mV top =50 kV primair),

~respectieveIijk het dubbele van het meetsignaal(360 mV top =173 kV primair). Ook deze meetresultatenhebben een integratorkarakteristiek, met 20 dB dempingper dekade. Door meting is bepaald dat de geIijk­spanningscomponent in het uitgangssignaal circa0,02 mV bedraagt en constant is, zodat aan de gesteldenauwkeurigheidseisen ruimschoots wordt voldaan.

iI~· .. ~-- ,," - .II

J

~I

II

i I I

IIII

.1I

• " \It l

I ,I iI

I I

II I ' I I I

lJ 1/1

iI I" '!l 'J If)

1·1

I Ij I

II,

I • I I, I

Iii! I I

I Ii: i 'I iI I I! iI . i i

II' "'VII~o\,WOAvilt, i' I II, jI I I, i

(,w, ~ iv v,JA< '1~~'l"AAL oe~vt)f.)I I" I 'II I I

I I IIii ii I! I, I' ,

I I II I

I,

I

. ,

~ ! ' .

, II ,

i :

, I

I I '

i , '

I ' , ,

i

I ,

\ , ' (, . I' 'If I

: II 4Q~ !

-+---I"""""""': I H~)! I i

I i, I: !

~ , \I ' !

I ,

, I ; !I 1 ;

~) (1 / n' l 1\1

\ 1 I I (, .. ~ f ') III

j 'I

..........

...... -

r .,I

I 'I '\ !

II

vi;' ­! i iIi;

: ~ i

Ii!!~~ i .... ,I : i:ii,

1'1, 1~ - ...I;J ! l

') 6 I B '/10" ~

I ,1 "t"" '110'

1 4

'!

2

... -1... -- ...-...... -- .... ,-III

1111111 t I \ 0( I 1 It ,.,,",I' 1 I ~ l ,".t> I ." I ,1 ,."1. l . \ .., ,I, .,1 I III Ilor"

- 25 -

2.2.3. Metingen in het 150 kV-station Lutterade.

Het systeem is op 11 juli 1985 in het 150 kV-stationLutterade geinstalleerd en is tot en met 23 oktoberjl. continu zonder storing in bedrijf geweest. Delengte van de meetkabel is 20 m. De meetkabel is voorzover als mogelijk gelegd langs een aardrail. De span­ning van het meetsysteem is vergeleken met de 150 kV­spanning, welke is gemeten met eenspanningstransformator. Het verloop van beidespanningen is gelijk; zie de figuren 2.17 tim 2.20.In figuur 2.17 zijn een aantal spanningspieken tezien, welke zijn veroorzaakt door schakelhandelingenin het 150 kV-station Lutterade, bij het onder span­ning brengen van de 150 kV-buitenrail.De meetresultaten van de figuren 2.18, 2.19 en 2.20spreken voor zichzelf. In figuur 2.21 is de stroomdoor de mantel van de coaxiaalkabel van het meetsys­teem weergegeven. Als gevolg van het in- en uitschake­len van het noodstroomaggregaat in het stationLutterade, treden er stroompieken Ope In figuur 2.20is te zien dat deze stroompieken het meetsysteem nietbeinvloeden.Als globale controle is naast de spanning gemeten metde spanningstransformator ook de spanning van hetmeetsysteem op de oscilloscoop zichtbaar gemaakt.Beide signalen overlappen elkaar, hetgeen betekent datde spanningsmeting met het elektronischspanningsmeetsysteem op correcte wijze plaatsvindt.

Het ingangssignaal V bedraagt 150 mV topwaarde(155 kV); berekend ig een ingangssignaal van 181 mVtopwaarde bij 150 kV primair. Als gevolg hiervan is despanningsversterking van het systeem wat te laag, zo­dat de nominale uitgangsspanning ~ V bij 150 kV)

niet is gehaald. Dit is makkelijk aan te passen, ziefiguur 2.15.De responsietijd van het meetsysteem is berekend opcirca 160 ~sec en wordt beperkt door het ingangsfilter(1 kHz).

--'

-i

---~~-:-, .-

, ,-,----L ::::=l

oz

:. j

- ---_." . ' • '\'~l" ON H1Vll:1 dl'JO:.J S J.N"]~mu. SNI ::mVNVJ.VM r.; (,tJ:J<JVd 'VWd.JlI1 HO:>

- -" 'j' I ! 'r----'-'-' " ,'I' " ,T' "I':;:-m.~' l' [1 TIl I ! ~ n'~ ,-r'T -I) f 't n I! r' I': : : :' _.' :1I ', J ::' I : j' I ' ; t' 1:- '. t " . .1,:t . I I., j ". ' " ' " . ,f· , , 1 I' I j ! '.; .• , " .. , r '. I " ,~ I. 1 I ' .' I! -I' • r " 1- ' - .- -If - t - , '~ ill'Jj kl j:: -.:- i !! l iJ: rd 1rt I jUI !I r ~ 1"r:. III II {r'n.'l 11 1~[. I t .,.r ....1j", l ill il Id'l -j I ~ 1: I I t' !IdIC\J " I II' j ,'r-+- +J I' t II ,-r,:r T' I! .' tit. II I! f l I H tt - rT T - IT w ttt--W +f 'rI !IJ~l;'i iii! Jli! i~W!d!f! i!:i ~i ill.I.'!ll'l Ij i r!Jllt'IJJm,-!l.il1l.llJ. ,'!-f,lO#)! ~~I ill 1i l; f. ~II

i! , '" I ! I j' '~ 1 ~: J it! , ! 1t I !-1 11-·,· 1. IT I.U trtt f f I J I ',.fr .,t 1 I I tr p.'" L 11"', .J" _ Icr' I 'jr J ',l: i ' 1 .rli.I ' , I ! T , 1 t I jl I " 'I;, I' I I .. '. I I r ,1 1 ,,-, l' I ,. ' : " J 11 11 ~ 'r' d ,.,4 l- . . • I l - 11- ~ ,L I I,. ;1i I! .1';;: I.: f ,t" :;':' ' : i1 J ; j !;. i! i! f; f i'f iL.-:H'. '. I ! -r ! i.1 i !~: :j.. .' : _ ! .... ~. :, I' .r ' 1- - ' ', t . . I 1~~ + ....- +tr-:.... 1 _ . .: , • t --,-..,..._-,. .+- "-1-'"1"" - - .. - - --iL't i; iii'; Ir j T; IT i i Ii ri nv ! I r: !;iH+ , !!It .::.: i ~; i i: if IH· IJ • jl;,1{ i tit ITIi! T .. ; F'J't: ' It; , ; ~.! i ',!' "" i I I •TIll) ~".. ! :ill'l. II, r l ttlI I I' lJ j I", I !!!! . .! ~;I. l,c r, t ,i, !~' I I I I -'1. I,· ·1 I - r: T~ . ..., ~-- ~-'+i- ,-~ -,- -r--;--4 r' ,+ -t l'r·L+ _L -!+'-i. !~~ -l- J-t t~, ..... ' .+ - -I ,...;..,.... 1-.' - +-H 1 +H-I " ,j' 'I", I , 'I; ! I I .!' I ,,'.' • i I ~ I 'i I I I! i' I I ! i I: II, I , 'l'",'1 I ' I 1 III T I I 'I ' .1:Jill' :: ~ j >:I i I :; ~:. I: :: ~ :I!;If i j: I1-, !! 1 i ! j ~ 1;4 ! 11111! i III:! I: iii! ii', 1 i 1i I I 1'I.1 ,-f i rill Ifro j r~ I!I~+' ~ i. Ii' ~:_ .; I", ,I' • '1,1'01 "I, ,1, ,1 Iii ," "I! I"~ 1:., II II :111,1 iii 111 I:il'

iTt 'Tt"4+ . ~

_.,:-t~L!-.~·'tt,!,-tJ~! ,: !j !~7+++i.I ~~~ 4+1:1'~i-J: !~fJl4~~-W-t-rq·~.i I~JI!I;-i+.iU,~·f+·~ "Pj-!UL'~f ii,l- ~~ L.tl II.Htll 'il Iq..lj+ ·1 i I '< li.ilL.~~. 'rr'!:I:! 1;1'1 ::1 !',! '::1,:1 11:;i; ;j;!ln!!I!Lli II::!IIi! 1:1111111':1 'li! i:l' ill' I I I'~' ict'j'l;i!lllr I ~ll A'II i II I , ! :' I' I, . ~ !. ! !: i 1 : ',' I! I l I I : I", : I ! f . i ; i . I , ! I! !.'! I' I I, I: 1,1 I, rll I • I ! ' 1 I I: I I ! ! Ii' I I

1 I I j ,j i' 1 J I r ,. I 1 I ! I - - -~_. , 1 I " 1· .•. .! ' ,.. ,I I I ~ !-'"c-n I"Ti+_.,-IT,r4-H"'T7 ,,4 T.+t"'~'TL+,W:- ~'+,J... " ~,.iT,c~f·j"'i thr'T~11-'tt'I:-lir'~ ~ 't,· HI+IT.t1:H"111~'-!--H"" -t ., '. -I 'TIt,L!1;1 !i:1IinU~.~L[U· i'!! I : : ' ;l' !LU If Iif:!II :!!11 :u.LilltJ i,!t illUli cfuliUjll, I Iii I!m1iliilll t i 11L:~ I/! 11 JillI

J.. /

1

.. L

(~ICOH THFnMAL PAPERICHART NO PR4?!';·Gr>fS WATANABE INSTRUMENTS CORP.

-- ,-:/ ,:rff:l.-·(:lj:tA.:IJ~lfJffJIti1[tr-wt~tl:}!}lftlt.f~.tltmTI1J1l[HlffHiH~11-~-n~ll#i~ ~l~}~lli: ~~:- -,.·ilrr-:~~·::

-------_..__._-------------------------...''-------------------------------~- -------

'I I - -rTJP-l·-I-~-:Tl'-rr~-·:tr-c:::I: -I I.-:~:: .. ·~ -,:::>. :-·:-:f '. :__ l.-I:-ri ~·r]j 1.l-JI--l1 fill rTfT"--Ifn -Iffi F1JJfT -q.- j=-_:··-lT-!1ri. j~ - fL ' - r~ -t lfkl- _' '::1_: ;- :;- -~.: >: :;~ ~ ~_ -_' :::-c.>':- ~l-~':_ 'r-:- J l~ l_B iJ:~t:tl ,j;-( ;'i J t- .~C!;j i -11 -:T T' -f: ;r' ,I.. _,.-, ". ...'.' .: 11- -..-~.. -.- ,,:;-... .. .. ., . ..-.-.. - - - -- .- --. -.\1 :.1.,,-1- ..:. ;:.1.- :.1._ ".L·- '- ". 11 1! I I J! 1 ',- L-r-. -:r 11, ~ _ 1 -- - ... - -- -- -. - -. -- - - -. . .. - - .-J I· I i I t -I 1I ,- - ..I -I -j\~l-'~lt"-\-'--' ::--_~"=-:;L--:t~:_:···IJ::J.it--Nftn+::l!jf i~,l II "!1-H': 1·· .l-:J, J-j.-

t,"~~ r -t' -Hit' -.'.' -•. ' '.' •••..,•.•. 111,'1\~ffi! ;;{l iii Wi 1;il,1 il! WI U\ If111 il' 1 j

ttt4 _. - - - .-fl+ - - !.I fa: I J! ,t- i! h~'l l' I I! j Htt" !. IIII . . _ _-.__ . _ -._ - -_ - - - - -- I ~ -! t_ :t, _! I rn T,.t· - iT11 ,ilL, ','.··'". ~, ',. . , j if j II.: ,fiJ [;jj H III TIT Iii I!LI 1Lilli 11

F ~~ 5

l!r:1r.- -. :.1.:.'- :-.=-:c.IT·.·· ----.-- ".:-.,:_:.':._~-:: .-- ---:'- ,- j- -_Jr;_-Ll1.-:fl ~ i':: 111 II ·If .. J.r·JJ - I- f! _ : _ ..,. _. - .- _ __ _ ... - - - I ~ 'llc 'I--j - , ~ ! t- , l' -- ·-1'- '1 f . II -. . '__ -. - - _ _'. : :- : - _.. - _ : . -;1 1-_ _ 1:. -J ~ - I ! I j L - " ' i· 'I I

~~it" 'j'. I '. 't~ frill I~ I bL IT 11:'1.1,"11.~' I _ -.J --_ - ,,-. .., -- ] - J. ,., ,·.tJ I - ", - ..-1 .. t .'~ f -t r I 11! I 111 ~1. I ~.I. L

t- r II I

,_ .,. ~ __ _ ,. _ _ ..- -_ - ': _ _ -d I J 11 J . f- i. ! j i 1 m-'qI JI I '-'\ I, . 10; _ _ . .. ..'. .' _. -.:. - - _: -. . _ - Til ! _. .! I • ~ :-+:t-:.. . , I I

I -[[t_EJ .. . -, -- -.,:- _: -: ." -- - -: -- -:__=... :: ~ ~ ~: - . _ . -: •. ~ ': . - -- =- :: t::l1l I ! _I: L! 11 11 _ : i= '- i- ~:l UI~ Jt [i i,! ~. I. ._ _ _. _ ,: . _ _ _- -- i' f I - -f ,,- _1 - .

. _.'.1 . -. . - _ -,....... - - . - - ,- - I -, T, t '-1 t- I " 1, , . L : 1 t iii I

f),l I~. - - - . -- - I! ,tJj . - j , ' j! . ltj i; I !! II I I ! l . - I, Ij !': :," . . ..... .. .'. ' ..i . i; ill lUi· tT !I! h iI !::I : I !I I I I

111111: 1d!f~I" .' ,. .. ' .".,.,.. '. '., j .'. H III! II ! Ii! LJl !f!!: ;I! II Iii dll~U1..ill(-[l .'~ - ... + ··jl 11 fl··,lkI :II! 111. mi iilitr!l III 1 1 t ll' 1'1i-+..j!W: _ .. -.. .. - -l j IL H -., i,i I I I It Ii; I i 1J illd i I II I

~, I· i\t P-~jl If :'-1-11 1 .1 iI' l,-'·jl'lllli 'l' .; /r\. I_ j -::: - - I I UltJ t !;! 1- :h I I I; -! i I j : I! i r II II d I! d !l! dil ~ [

I

II

-...- -'- ---1---t-

f-'-. --+-----+------ :---::±-_.1---+ =t=="- ~- - '--- --r----::::::--. ._­+-- T- . - -. -t- +--r---+- --- -l ' !-

1--

1---

it j. I

-l--

- _.~..:..

:1:

.,~

'I-,~

-­, ;,

, ,.;~-

,--:::.-

uiiV

cri.D

ItN'<:tcra.ozI­cr«:ru

a.:cr00I/)I-ZUJ~::lcr:l-I/)

~

UJm«Z« I~ I~

I

III I!III

If

IiI

-..- -

r~ ~- '--' -..-=-=. 1--- ---==r- ...::.-1::::-:._t-. I--.-~-, -T - --f-.t-.~--~.__. --- 1--

ro' -'-i---I-t---:-,,-,. +--+--l

'1""I';

i)1

ill

I'

I"

: Ii

!;,

•. il

, 1---­.~I--

I'i

,Ii

",-I'

44-+ +""7;! , "iI'

~~.'

H-+-;r: " 1 '

~--

_.~ _.,

,t:

", '1·:I:,

'i,'

~:":""~!,

,..... -,..---t--,-1

1;,

P" .,Y l\,T

,~:;:

~~~i'i-~-:-"--.. , '" ,: .:--

,I,'

II '! I

.,'-'.,-",..".....I+'"!-,-'",T",..J+....:.~"7'! :,1

- 31 -

2.3. Dimensionering spanningsmeetsysteem ten behoeve vantransiente spanningsmetingen.

2 ..3.1. Algemeen.

Voor het meten van transiente spanningen Z1Jn er eenaantal mogelijkheden. Het meetprincipe blijft steedsgebaseerd op differentieren en integreren, echter hetintegrerend deel kan op drie manieren worden uitge­voerd, te weten: passief, actief, gemengd (lit. 2, 11).

Passieve integrator.

_ 'Yct'Yl

U(t) is

(~~~K .o.\.S th« f~YIOa.L«tlJi l*l() Va RdCct

daar meestal 'Kd« Ri.. ~e.l(tt V'v\ = Rl

Ci,.de responsie op een stapvorming signaal U =

Vo = 'to. . ( 1- t:- tfrd 11'i..

de responsietijd van het systeem is Td en is gelijkaan

Td = '1'<1 ( ~ t ~I b.. ~s1; hoe groter de aardcapaci tei t Ca

ten opzichte van de meetcondensator Cd, des te groterwordt de responsietijd van het systeem. De flank vande puIs zal minder steil gaan verlopen.Voor het 150 kV-station Lutterade zijn de waarden vande capaciteiten Cd = 18 pF en Ca = 6.300 pF.

* f k . = kantelfrequentie integratorfk:~: = kantelfrequentie differentiator

- 32 -

Mag de uitgangsspanning van de integrator niet meerinzakken (toelaatbare spanningsfout), dan bijvoorbeeld1% bij een constant ingangssignaal gedurende 200 ~sec

(kijkvenster), dan leidt dit tot eenintegratietij dconstante 'l~ = 0,02 sec.Bij een bliksemspanning van 750 kV primair en de ge­noemde waarden van Rd , Cd' C en Li is de uitgangs-spanning V = 33,75 ffiV. a

o

De bandbreedte van het meetsysteem bedraagt 0,5 MHz,zodat bliksemspanningsmeting niet zonder meer mogelijkis. Hieruit blijkt dat het voor de dimensionering vanhet hele systeem erg belangrijk is de capaciteitswaar­den vooraf te bepalen. Met name de aardcapaciteit Cais bepalend voor de bandbreedte van het systeem en de­ze zal in de orde van grootte van 100 a 200 pF moetenzijn.Om toch in Lutterade transiente spanningen te kunnenmeten, wordt de bandbreedte vergroot door parallel aanCa een Ohrnse weerstand (R) te plaatsen (figuur 2.23).

Qi.

IMet R = 5 51. wordt de bandbreedte 5, 5 MHz.Met R = IS( wordt de bandbreedte 25 MHz.Uitgaande van een kijkvenster van 200 ~sec. en eentoelaatbare spanningsfout van 10% resulteert dit ineen tijdconstante voor het integrerend netwerk van ti= 1,9 msec. Met deze waarde van deintegratietijdconstante zal worden verder gerekend.

V. Qo.l(Nu geldt ~ =. a.

V~ Q.l ClBij een bliksemspanningspiek van 750 kV bedraagt hetuitgangssignaal 32 mV respectievelijk 7,1 mV (1,2/50 ~sec). De spanning over Rd bedraagt 61 V respec­tievelijk 13,5 V.

De grootte van de tijdconstante ~ i bepaalt de rugtijdvan het uitgangssignaal. De responsietijd van dit sys­teem bedraagt 29 nsec. respectievelijk 6,3 nsec.

- 33 -

Ter illustratie dat met een kleinere Ca een gunstigeresituatie ontstaat, het volgende voorbeeld:Stel Cd = 18 pF en Ca = 200 pF, Rd = 50ll

1Bandbreedte B = ~ 15 MHz

2 TI . Rd ( Ca +Cd )

Met een kijkvenster van 200 ~sec. en een toelaatbarefout van 10% resulteert dit in een uitgangssignaal van355 mV, bij een bliksemspanningspiek primair van750 kV.Opgemerkt zij dat voor het meten van bliksemspanningeneen bandbreedte van 5 MHz voldoende moet worden ge­acht. De grootte van het kijkvenster heeft op dedimensionering grote invloed.

Actieve integrator.

Cl

Voor dit systeem kan worden afgeleid:

~--VV\ -

en is geldig voor frequenties veel kleiner dan debandbreedte van het systeem, welke op 25 MHz isgesteld. (R = 1 Q. ).Voor een toelaatbare spanningsfout van 10% bedraagtti = 1,9 msec, zoals reeds eerder berekend.

Uitgaande van i = 0,1 rnA wordt R1 = 135 kiL.

Als uitgangssignaal wordt gekozen V Io

- 34 -

= 75 mV.

ofweI R C -- 18.10-51 i sec. ---> C. = 1,33 nF

1.

-31,9.10en Ri = -9 = 1,43 MSL---> A = 10,6

1,33.10

Wordt de bandbreedte van het systeem bepaald op5,5 MHz (R = 5SL ), dan geldt achtereenvolgens:Vd = 6: V, i = !5rnA, Rl = 61 kJl.R1Ci - 81,9.10 , Ci - 13,4 nF, Ri = 141 kst en

A = 2,34

Een kleinere bandbreedte resulteert in een Iagerespanningsversterkingsfactor en geeft dus minderdriftproblemen.

Nadere bestudering van beide rekenvoorbeelden Iaatzien dat de afname van de spanningsversterkingsfactorA met dezeIfde verhouding gebeurt als de toename vande weerstand

Ral=. R.Rd. R+Rct.

Dus wanneer voor de situatie met B = 5,5 MHz de span­ningsversterking A = 10,6 wordt genomen (conform alsbij 25 MHz), dan wordt V' = 4,55xO,075 = 0,341 V. Dedimensionering van deze ~chakeling is dan:

Vd = 61 V, i = 1 rnA, R1 = 61 k)l,

Rd' .Cd 5 -5R1Ci = . 7,5.10 = 18.10 sec.4,55.0,075

MSL0,64

C. = 2,95 nF, R. = 0,64 en A = = 10,61. 1. 0,061

- 35 -

Gemengde integrator.

~\~----v-----::- r~let Clllt~ d~~ld~

±l~.1.15 PYLV\CLve%eYWl ~eW\eWaQe. lV\teq-VU-tov

Voor dit systeem kan worden afgeleid:

Va _ _ Q'l +R., . iW lla'cd It jw &+%~ (\ ) \'119lVir. - R,+P4+Ro.\ ~~+~W~~C1~.(1tjWR\(~+~\~ .(1\

. R~t~tQa'Wanneer ervoor gezorgd 1S dat:

- Pa'« ~ 0A Rt. ( Rd.' ~ ~+~ I- f1.( « fC;(~\'\Ml«f.td.- Q1. ~?, . C - ~. R4 .C

((1 +(l; i - ~ +~ 1.dan geldt:

l1.'l.O~

hierin is: () +0-R- "-'1. ~

- ~+~

'1'0.\ -::. (2o.ICl

"t'( = «~C1

, de spanningsversterkings­factor.

, tijdconstante differen­tiator.

, tijdconstante actieveintegrator.

- 36 -

De ~andbreedte B wordt op 25 MHz bepaald (R = lSl )en L i = 1,9 msec., conform als bij de actieve in­tegrator. V ' = 75 mV.Alles invuI~en leidt tot

0,075

57,5.10=

1.18.10-12

-31,9.10

R2 +R3A = = 10,6 (conform actieve integrator)R1+R4

= 13,5 kSL

= 27,1 nF

Vd = 13,5 V,i = 1 rnA ----> R1+R4

en R2+R3 = 10,6.13,5 = 143 kSL

Stel R1 = R4 = 6,75 kSl en R2 =R3 =-31,9.10

7.104

70 kJL

R2//R3 35en C = C = ---------- . 27,1 nF = 281 nF2 1R1//R4 3,375

ofwellc2 = AC1 (2.21)

De spanningsversterking is niet veranderd, echter deopamp voert minder signaalstroom, zodat tijdens metingvan transienten de drift kleiner zal zijn.

Actieve integrator i opamp = VrJ.. l1.11\%\+R~

Passieve en actieve integrator:

Vrj.

- 37 -

2.3.2. Invloed parasitaire zelfinductie op bandbreedte diffe­rentiator.

Zoals reeds in hoofdstuk 1 aangegeven, is de coaxiaal­kabel tweezijdig geaard. Het aardpunt aan de installa­tiezijde dient achter de stroomtransformator te wordenaangebracht, zie figuur 2.26.

////

1nvloe(1 ~a.vo..S(-to..LVe. -ce.lf lV\duct(eOp tVUV\SLeV\te. ~fUV\V\lWfjW\etlV\~.

De 150 kV gesloten installatie te Lutterade is geYso­leerd opgesteld en via de stroomtransformator geaard.Bij een optredende tweefasenaardsluiting, waarvan eenaardpunt in de installatie zelf ligt en een erbuiten,wordt door de beveiliging, aangesloten op de stroom­transformator, het gehele 150 kV-station spanningsloosgeschakeld.De gearceerde stroomlus stelt een zelfinductie voor,welke in het systeem wordt geYntroduceerd. Nagegaanzal worden wat de invloed is van deze parasitairezelfinductie op de frequentieresponsie van het tran­sient spanningsmeetsysteem.

Daartoe wordt uitgegaan van het vervangingsschema vanfiguur 2.27, waarbij het theorema van Th~venin isgebruikt.

- 38 -

c L

fl1.2..11 BeV"el.<.~V\\.vtt Lnvlaea LfGY. o~ d.~ tve~tAeV't(el{Q.-V"Ql~..h~VLSl:le~. ,

Er kan worden afgeleid dat Vet = ~w Rete l'1.. /}.It-)Vnl ~ + ~w~ - u.;'ltc

Invullen van UJo~ L~ en Q=~Vf leidt na enig

rekenwerk tot

Bet SY\jfeem loopt zo lang mogelijk lineair op, wanneerQ =.L 2-

1.

De bandbreedte (3dB-punt) van het meetsysteem B = 1 ~1.~IJ.1fQRdC

OfweI B =

Ui tgaande van Rd = 1 JL (1J1. //50 jl. ) en Ca+Cd =6.318 pF leidt dit tot B = 35,6 MHz. In paragraaf2.3.1. is de bandbreedte bepaald op 25 MHz, met anderewoorden introductie van enige parasitaire zelfinductiekan de bandbreedie2vergroten. Bet optimum wordt be­reikt voor L = Q R C en bedraagt 3,15 nH. In de prak­tij k is de parasi taire zelfinductie meestal 'groter.

- 39 -

2.3.3. Uitvoering transiente spanningsmeting en metingen inhet hoogspanningslaboratorium.

De transiente spanningen zijn gemeten met e~q passieveintegrator (zie § 2.3.1.); de tijdconstante ~i be­draagt 1,9 msec.De passieve integrator dient zo te zijn opgebouwd, datvooral bij hoge frequenties deze zich niet als een ca­pacitieve deler gedraagt als gevolg van de parasitairecapaciteiten. Dit is in figuur 2.28 weergegeven.

\ vR~

,

Vo

Aangetoond kan worden dat

Voor frequenties waarvoor

gaat (2.29) over in Vo ­Vel. -

1f «

Dit betekent dat R. moet zijn opgebouwd uit een serie­schakeling van twe~ of meerdere weerstanden en dat C.ruimtelijk gezien zover mogelijk van R. moet worden 1

geplaatst. De aansluitdraden naar R. tOe, moeten zokort mogelijk worden gehouden, zoda~ de parasitairezelfinductie minimaal blijft. Verder zal Ri » Rd moe­ten zijn, wil de coaxiaalkabel met zijn karakterrstie­ke impedantie blijven afgesloten.De passieve integrator is in hethoogspanningslaboratorium van de TH Eindhovenbeproefd. De meetopstelling is in figuur 2.29aangegeven.

- 40 -

Bij een bliksemspanning (1,2/50 ~sec) van 100 kV pri­mair, bedraagt het uitgangssignaal V = 200 mV.In figuur 2.30 is de frequentiekarak£eristiek van depassieve integrator weergegeven. De karakteristiek isopgenomen tot 2 MHz.In figuur 2.31 is de bliksemspanningsgolf van destootspanningsgenerator afgebeeld.In figuur 2.32 is de uitgangsspanning van de passieveintegrator afgebeeld. Uit figuur 2.31 en 2.32 is tezien dat de bliksemspanning correct met de passieveintegrator is gemeten.De metingen zijn verricht in een afgeschermde kooi,waarbij de coaxiaalkabel in koperen pijp is gelegd.Speciale aandacht moet worden geschonken aan de weer­stand R , omdat daar hoge spanningen over komen testaan. ~ij 100 kv primair (laboratoriumopstelling) isV = 500 V.Dg toegepaste weerstand Rd is van het fabrikaat Allen­Bradley co. en is voorzien van krimpkous, zodat hogerespanningen kunnen worden verdragen.

---------< ---- --------- - ----=-4-1--=:======~~ ~----------------------------------------~-=--~-~~~~-~-------~~._--~~-_::::_====;=========='- -------------- ------------------------------------------------------.:-_--- ::

-_._--_._--._-----_._--- ------_.--------------------- ---_. ---------------------- ----.--_.._------- .. ------------ .-----------_..-... _------- --------- "

--._---------------------

___________________ d ' • - -- , ---- ----.- _

j------- ---I-----------.------------------------~~

I"IJ.:I:

----_.--'''-' - --- -------------~------_._-----------

~

::.

--------._-- - ----------------------_._--- _._--------- ._--

-----------------1,----_...:..._------------.1---------------------_. -1 -----------j-ll-------.------------'--------

________+-__-_-_~~~~_~_-~--------------f -------.---~-.--------.-._--=------~-

I

.J)o------------ ~._------_._-------------_._----'._----'---'- ----_.__._------------------------------ ---------------------,-----

"b ~ I=~~;::;~~~--__+_~------.:.---.j,,==-=1/~'.=:=============:_.,...... :---_+- ....:---=-~'~----:--il_I__·_-_-_-_-_-_-_-_-_-_..;.._-_...:_-_....:_-_-_-_-_..:.._-_-_-_....:_....:_....:_-~_-=-~._=--=._~.~-.===~==

~ I '---,.------+--------:g:--/'------------------07c-J ~

-- -------/:- -.

~o

I

::.

----f---------I

, ~. 0

---.--1---·· ....----=----- ---'---------._---------::

- .- - d-

~~~~F~--E-T-·~~~~~~~~~:::.--- -II '-:---'------:......---lr----:---:j~---'----------'------~----.:--:

r----:--:---r----t-----:-/~-;------:....---.-:...---....:...-----:,-...:....,-~-'-----~..:....... "0

/ • .• " Jitt 'l.30J:V€qM~t~l<Civa!l- ,-.;-----:----f------ -------'-~-~:---------~:-~-te:v6{l.el.\fXlSSte.'Jt.lV\*tG~-

b I r ItOl: ,'i i

~~_O__~_.__'c- - -----+----- ~

__. l--------. c:::-~- ....I ~

t==::::::::~~~~~;~'::::::::::::t:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::t::::::::::::t::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::i::::::::::::~=:I :>1::> ! "0

--r---=~:;::~~'~---j--""":'-_-:"----:"--"":"-_"":""--------,.--......:.:.-----:_----.....:..--"':"'--"':'"-!~~ ~

~ ~t---i~I-__=~~_il:_c-lq_:5--'_i,S---j--::---;---::---,:------:------;------'-,---------...:...---r-.~_... ,I,' '

!i £. £ ._;-- --O---~---O--~----cs-~---b-~--~-------~--+----i-i-----:

,,- ~ ~ 'I ~ l' I lfr' , tf I I !I

-4~-

10 }J.~ fdLlf.

1p.sec I cl~~

~BlLKSemSpa.rHiLn~SScA.f 1/l/50 p.sec V.d..stOOt-

SfO-~V\LV)GS~eV\eVQ:l:o\' i ~eW\et~ Vv\et Ha:el eLy ~emerttd~ d.a~v e.vt

OS(llLoSCoop -lyre 1tt: (THE)

~OJ1~C IdlrJ.

50 W\ VoltJdi..lJ",

~fSe.c I dllT.

50 WiVoLt! dlO' .

o

1l1·t ,? Lllt~a.~1SSro.V\VllV\1' 1e~ete\l\ Met HQ~VV\ V\.\QetcOV\C1.encscdov

(C1~~F) O-ls ulffe VQ.V'd:lUtte. coV\dt'V\SQt.ov en ""'~t po.ssLeve. (vrte~VQtov

. \'"ll := 1,9 W\5ec) j b\.( l.\C)e~SfQV\~l~S<toLf i/U50/J-sec.

- 44 -

2.3.4. Metingen in het 150 kV-station Lutterade.

De aansluiting van de passieve integrator is conformfiguur 2.23 § 2.3.1.De volgende waarden gelden:

R = 1S( , Cd = 94 pF, Ca = 19,2 nF, tti = 1,9 msec ===>

bandbreedte differentiator = 8,25 MHz

~ = 'let' = 1·94. ~o-1'l. ~ 5 ~O-8VY\ 'Y~ 1,q.r\()-; .

Per 100 kV ingangsspanning is V = 5.10-8 .108 = 5 mV.De spanning over Rd bedraagt bi~ 100 kV primair (1,2/50 IJsec) 9,4 V.

De vermogenschakelaar in het veld Lutterade noodaan­sluiting zwart is diverse keren in- en uitgeschakeld.De frequentie van de gemeten transiente spanning ligtin het MHz-gebied.Tijdens het in- en uitschakelen treden zeer steilespanningspieken op, die zelfs bij een tijdschaal van1 IJsec/div. op de oscilloscoop worden afgebeeld alsnaalden, met niet meetbare breedte (zie fig. 2.33).De amplitude is bepaald op circa 660 kV primair, watovereenkomt met een overspanningsfactor van 5,4.Besloten is na intern overleg en op grond van genoemdemeetwaarden geen verdere voor het bedrijf nietnoodzakelijke schakelhandelingen meer te verrichten.De metingen zijn niet verricht in een afgeschermdekooi en evenmin is de coaxiaalkabel in een koperenpijp gelegd, zoals in § 2.3.3. weI is gebeurd. Delengte van de meetkabel is 20 meter.Uit de meetresultaten zijn een tweetal conclusies tetrekken:

spanning met zeer hoge frequenties zijn zekeraanwezig, wellicht hangt dit samen met reflectiesin de gesloten schakelinstallatie of reflectiesop de kabel/lijn (Lit. 6, 11);

amplituden zijn nog niet betrouwbaar gemeten.Verdere testen aan de passieve integrator zijnnodig. Ook zal meer aandacht moeten wordenbesteed aan de afscherming van meetapparatuur bijmetingen in schakelstations.De bandbreedte van het meetsysteem (8,25 MHz) isvoor de steilste pulsen te laag.

'2.MSec (all!:

U.Ltsc~QLt~ll~t ~et Vtv­~C4tv\~~tLua..vlOl.be­tust).

toJlstJ.. {all!:iOMV[ d,(lT

{fJS«- {dt\Jto Mvl dio-.

- 46 -

2.4. Stroornmeting.

2.4.1. Algemeen.

Voor het meten van stromen wordt gebruik gemaakt vaneen Rogowski-spoel, waarvan het vervangingsschema infiguur 2.34 is weergegeven. Van belang is het om na tegaan hoe de responsie van deze spoel afhangt van defrequentie.

c v

Ls = zelfinductie spoel

R = ohrnse weerstand spoels

C = parasitaire capaciteit

Rd = dempweerstand

Met behulp van het theorema van van Thevenin kan wor­den afgeleid:

~I;JM~ ~ +l ~l t~W ~l\ (~+ ~Wful(lvoor Rs« jWl...; geldt dan: ~ __......,......~1.---- _

V I 1 JWt-1~ - , t~W ~, -w'tLsc.WHIt =[I +w~'lc'1.-W1(1LsC-lsYPi·)11/t Y'n~t Wo: 'l~c eV'Q=~V¥is voorgaande de forrnule te schrijven als ~ C

\

V 1

WMI, =[1 +~o'4-- wt(~o'- - ~~U1/1.De arnPlitude-frequentiekara~eristiek loopt zo langmogelijk lineair, ofweI de spoel gedraagt zich zo ~~d

als mogelijk als een differentiator, wanneer Q = ~ V2".De bandbreedte van dit overdrachtssysteem is dan ge­lijk aan (J en de dempweerstand in het circuit Rd isdan gelijk gan Rd = 1

QWoC

v

- 47 -

geldt derhalvevoor f« 111T

Met dit systeem zt?cn dus stromen te meten met frequen­ties tot maximaal ~~.Dit betekent dat het mogelijk isom hogere harmonischen in de stroom met dezelfde nauw­keurigheid te meten als de 50 Hz-stroom zelf. Dit ismet conventionele stroomstransformatoren nietmogelijk.In dit kader worden aIleen de 50 Hz comptabele stroom­meting (§ 2.4.2.) en de kortsluitstroommeting(§ 2.4.3.) gerealiseerd. Door meting is bepaald datR-spoel =b~Q.en L-spoel = 7,37 mH, ofweI Rs » ~wl.s

Dan geldt V Rct' \~W~!~ Qs+Rct\ -\-+---"'\-W-::=-~-::::~-;,,-::-C

Qst~1Qs -+Qd'

~s~\C

vRs +Ro.'

Rd'wordt hier gelijk Rdde karakteristieke im­pedantie genomen, zodat

2.4.2. Dimensionering stroommeetsysteem ten behoeve van comp­tabele meting (klasse 0,1).

Voor wat betreft het principeschema van stroommetingwordt verwezen naar hoofdstuk 1. De coaxiaalkabel, diede Rogowski-spoel verbindt met de integrator, wordtnu, in tegenstelling tot de spanningsmeting, eenzijdiggeaard en daardoor is het systeem minderstoringsgevoelig. Het aardpunt bevindt zich in de me­talen kast, waarin aIle elektronika is aangebracht.Gebruik wordt gemaakt van een reeds bestaandeRogowski-spoel met een mutuele inductie = 5,86 ~. Ditkomt overeen met een uitgangsspanning van 1,84 V/kA.

LALV\d =~WMI O~ UiVl(). ~\= M~ ~ L~k Ju.cll: ('l.')blDe mutuele inductie M kan worden berekend met deformule

M= Mo.'f\.n .~~ lttStL hierin is'tIT r1

~ het aantal windingen;h de hoogte van de spoel;~ de binnenstraal van de spoel;Yt

de buitenstraal van de spoel.

- 48 -

Bet meetprincipe is gelijk aan de spanningsmeting. Denominale stroom bedraagt 400 A. Volgens lEe-185 zijnde eisen wat betreft de nauwkeurigheid voor klasse 0,1als functie van de stroom als voIgt gedefinieerd.

I Transforrnatie- Boekfout minutenlnom. fout %

0,05 ± 0,4 ± 150,2 ± 0,2 ± 81 ± 0,1 ± 51,2 ± 0,1 ± 5

De uitgangsspanning van de schakeling wordt als voIgtvastgelegd:

Inom.1,2 Inom.0,05 lnom.

- 7 V eff.- 8,4 V eff.- 0,35 V eff.

Bij dit stroomrneetsysteem voor comptabele meting zijneen tweetal aspecten van belang:

1. Bij een primaire stroom, groter dan circa 1,4 xde nomina1e stroom, wordt de oparnp overstuurd (deintegrator loopt vast). Nadat de stroom is afge­nomen tot < de nominale stroom, zal het enigetijd duren~ voordat het systeem weer correct zalmeten. Deze tijd wordt aangegeven met de herstel­tijd (overload recovery time).Bij de maximaal optredende primaire stroom mag deoparnp niet worden beschadigd.

2. De aan te sluiten belasting (meetapparatuur e.d.)op het systeem moet tegen de voedingsspanningbestand zijn.

Bet principeschema, alsmede de dimensionering van hetcomptabel stroomrneetsysteem is in figuur 2.35weergegeven.

-4q-

Ve'

\__---, __-.J1 \ ~ ~__.....JJ

fLlWV Lme~Ya.tOV

. VdL=~-

Q,'

I . RlVo = -l.. --­

1+')W't'~

Yd- __ R~ . ----,,-f_Vd. - ~I ~t)wrri.

>

- 50 -

Voor het afregelen van de hoekfout op nul minuten (0')dient van de volledige overdrachtsfunctie te wordenuitgegaan (formule 2.40) .

157,86.10-6 sec. (B = 1000 Hz) enformule (2.41), leidt tot een hoek-

.~WMQ~

I{, tR1. Ut~VJt'~\ ~+ ~W't'l \

~&Oo +lqoo -a~·Cto.V\wrr1. -aVd:QVH~)"t'l I

VOl--I -

~L lVo' =Invullen van rc2 =ti = 100 msec. in

fout van 60,97' .

De hoekfouten van de correctiefilters zijn bepaald op:

1e correctiefilter: &~= +16,5' (zie 2.2.1.).Spanningsvolger: bl= -180 0

•

2e correctiefilter: &. = 44,47' ==> C = 24,61 P.F.

Voor het complete schema, exclusief de beveiligingtegen transienten, wordt verwezen naar figuur 2.36.Als'opamp is hier een "general purpose" type gekozen,namelijk Op-02C. De "slewrate ll is voor 50 Hz metingenniet van belang.

De maximale gelijkstroomfout in het uitgangssignaal ismet behulp van formule 2.11 te berekenen op 13 mV. Debenodigde gegevens van deze opamp zijn in hoofdstuk 7genoemd.

Bij een stroom, gelijk aan 0,05 x Inom., bedraagt deuitgangsspanning van het meetsysteem 350 mV. Hierbijhoort een toelaatbare transformatiefout van 0,4% maxi­maal, wat overeenkomt met 1,4 mV.Aan de gestelde nauwkeurigheidseisen wordt dus ruim­schoots voldaan~).Door het systeem omschakelbaar te maken, kan de nauw­keurigheid wo~den vergroot, met name in het lagestroombereik, bijvoorbeeld 400 A/7 V respectievelijk200 A/7 V. Voor zowel 400 A als 200 A bedraagt deuitgangsspanning 7 V. Dit kan op twee manieren wordengerealiseerd, namelijk door:

Ci 2x zo klein te nemen, of

spanningsversterkingsfactor A van de spannings­versterker 2 x zo groot te maken.

~Door meting is bepaald dat de gelijkspanningscomponentin het uitgangssignaal circa 0,02 mV bedraagt in hethele meetgebied.

I

~I

'2..11

At~ ::::: 1~1 x S =655

\

'tl ':: 100 ""-AU..

+Il.~. == 1,b l-t'l

Ref.SOA

- 52 -

2.4.3. Dimensionering stroommeetsysteem voor het meten vankortsluitstromen.

Uitgegaan wordt van een symmetrische kortsluitstroomI " = 13,5 kA en een dynamische kortsluitstroom Idyn =3~ kA eff./50 Hz. De stroomtransformatoren, welke ge­schikt zijn om de genoemde kortsluitstromen verzadi­gingsvrij te transformeren, zijn thans voorzien vanlineaire kernen of TPZ-kernen. Vroeger werden hiervoorS-20-kernen gebruikt. Voor meer informatie hieromtrentwordt verwezen naar lit. 12 en 13.De meting van de kortsluitstroom zal geschieden met deRogowskispoel, waarop de integrator zal wordenaangesloten.In tegenstelling tot voorgaande schakelingen mogenhier geen correctiefilters worden toegepast, aangeziende gelijkstroomcomponent van de kortsluitstroom even­eens moet worden gemeten. De formule voor de kort­sluitstroom luidt:

C(t\ =. II. II (o-t!T1 - UDWt\ ~.~'L\·1 1'\ '- hierin is T1

de primaire nettijdconstante. Dit is in figuur 2.37geschetst.

//

/I

/

"

.... ....../' "I ,

'1-- \/ --~

/ \

\\

\ /, /" .... ./

Als uitgangsspanning wordt gekozen een spanning van10 V eff., wat overeen komt met een asymmetrischekortsluitstroom van 34 kA effectief. De maximaal gein­duceerde spanning in de spoel bedraagt 34 x 1,84 =62,6 V. De nauwkeurigheidseisen voor TPZ-kernen zijneen transformatiefout van 1% en een hoekfout van180'±18' bij de nominale stroom respectievelijk eenmaximale momentele wisselstroomfout van 10% bij trans­formatie van de asymmetrische kortsluitstroom (hier 34kA). Het principeschema is gelijk aan dat vanfiguur 2.35.

- 53 -

Ter bepaling van de hoekfout van het meetsysteem wordtvan de overdrachtsfunctie van het gehele systeemuitgegaan:

Ri.~ +~1.$~ (H)Lvrr~)

~.:). = 1° 4q'LV) t.OCtKl.tov

VOl-=-I

wil de totale hoekfout < ISO' Z1]n, dan zal de hoek­fout van het filter maxImaal 40' mogen bedragen.

~l). :: Qvc.t~e.v'l'l ) '1''1.-= '?>;+. ~O-S sec.tl.ltev

R2 = 1 kSL ; C2 = 37 nF

De bandbreedte van het filter bedraagt dan 4300 Hz(3dB punt).Voor het complete schema zie figuur 2.38.Wordt 5 i filter = 10' genomen, dan ligt het 3dB puntvan het filter bij 17,2 kHz.

Met behulp van formule 2.11 is de maximale gelijk­stroomfout in het uitgangssignaal te berekenen op12,3 mV.Bij 34 kA primair ofweI 10 V uitgangssignaal is detransformatiefout < 0,2% en de hoekfout < ISO' (verge­lijk dit met TPZ-kern).Bij Inom = 400 A is V = 0,4 . 10000 = 117,65 mV.

. 0 34Om de transformatiefout bij I nominaal tot maximaal 1%te beperken, zal de gelijkspanningscomponent in hetuitgangssignaal < 1,18 mV moeten zijn.Door meting is de offsetspanning in het uitgangssig­naal bepaald op 0,1 mV maximaal, zodat aan de gesteldenauwkeurigheidseisen ruimschoots wordt voldaan.Is aIleen de wisselstroomcomponent van de kortsluit­stroom van belang, dan kan met RC-filters de gelijk­spanning worden geblokkeerd, zodat demeetnauwkeurigheid nog zal toenemen; zie § 2.4.2.

r- •

, ,-fi,tXtv (4",ooH1:)

'l"L -= ~OO~~

t lcL. = 1.bHt.

,V1-r

I

- 55 -

2.4.4. Metingen in het 150 kV-station Lutterade.

De beide stroomsignalen, gemeten met de stroomtrans­formator en met het elektronisch meetsysteem, verlopenop gelijke wijze, zie de figuren 2.39 en 2.40. Hetuitgangssignaal van het elektronisch meetsysteem infiguur 2.39 vertoont veel stoorspanningspieken. Deoorzaak moet worden gezocht in het niet correct aardenvan de systemen, zodat ongewenste aardlussen ontstaan.De metalen omhulling van de schrijver (220 VI50 Hznetvoeding) werd later met de metalen elektronikakastdoorverbonden, in plaats van met de aarde van de wis­selspanningsvoeding.In figuur 2.40 is te zien, dat nu de stoorspannings­pieken grotendeels zijn verdwenen. Het is wenselijk omde voedingsspanning van de schrijver via een schei­dingstransformator aan te sluiten.Tevens is in figuur 2.40 de grafiek van de stroomme­ting weergegeven van een tweede Rogowskispoel, die opeen "stofzuigerslang" is gewikkeld. Deze spoel is nietafgeschermd. Van deze Rogowskispoel is de mutuele in­ductie veel kleiner dan de afgeschermde Rogowski­spoel, zodat een grotere spanningsversterking moetworden toegepast. Vergelijking van de meetresultatenvan beide Rogowskispoelen laat zien, dat dit op denauwkeurigheid van de stroommeting geen invloed heeft.Beide spoelen zijn met de elektronicakast verbondendoor middel van een meetkabel van 20 m lengte. Demeetkabel is eenzijdig geaard, en wel in deelektronicakast.

i ..

I,

.j

i..._.~ ••__ . i__ ·_'

!__ .. ' _.... -1

, ii

--1------":---;--I- • I

I

·.. ·1·

! '

i,t:...·:_·

I

. i'l-·-I _.. _.!~.:...J..-.-J-:"::'!._'._./-:. I I ; : I

l:~~t~~j' :~-~--~-.: '~:M, I__'- •••_+.. :----..:.l-__I:-

i .. :. :.. : !~ •.. rr. .:.-----+--- "11.:-j~+I··-----··-_·,! ;.' I

i ,I i!-·-~·---:~·..T~~I , ','!---;.-T-·..·;- ",- '-~T--~'

.. !

,i-I

i~"-1'----'

I

'---'\"

I I I ' ,. t '; j I ! I' r" I

! "-, -j -"1----..:---:- '-r'--"'I.-( ..+-r'--i-·_---t-~"~+--i~~~1i : i I··:·" I-- -~---- -i-- -·r--T-l':-·-:··1·::-~~~-:!

:T"I-·1----- "'j-T"-'i~--~ --i

. ' I :' I· I

'i-~-t---i'--+~-' .-:I . : : I' I'--f'" -_·~··_·_--+·_-~~---r:.:--~-~. .; i,·1

''''f _._-!.---_.~ ----+--- j~-~--1if-

1.1.;1

....

·····1

i---1

_._---,

.., i

I· .. ·...:.:..J~

!-~... _-- !

i i-~:_'-~I I" ii-I !-,. " . I ~r I ! ~~:- --rl --I I,

I . I I r"

_.J_._ ..J ~

I I'--;--l

. I- ...J-.I

i i, .... j

iI ._._- :-------i! i, I

---'-------1: I

I I----------·1---,--1

i I·_-1-"-'1

l'je..!! I

----:~-·i

-":1:~-~ ~, 1 ~

:11 i"'''I' ...I:~:::r~'\ ~

! II i,---t--..

,1--- -

- I

~_-_'__-L

O·

:! I -@ 1- - -==-=-.=c~-~--~

~

9; c_~ _:::;:~=--=.'t=.~ f--~__ -=_~~-=~--=:.- .~- -- ~'~ - L_;~-.--~ :.----~;'~ _.-+_!,---+_i_-.-_-.-+j_-_-.. -",: I,'

~., '-• __~ •• L-. __ • .... • j I

;:r'1

,___ .:._TI:_-~-_.. I

i I-------~- -- ---~--i----- c------~------.

'-- - t--!- :----1---t--- -i---~---__iI :' I : I -L: I :, - . I I ! . I . -, 'I--~.--:._. _-+-_-1.:- -+----+--1'i -.- j , --. I I . I I -,

~ i--}--.Iu

.1-- _+~-i.-=- i -83 ~---t· --I---+-I-: L :I"-: I 1,!~~~A~i=f8i+j

-----_._...:=----~-~-1

. i - -.j.--------..:..--:--~------J

--~ .. -. ------....--.- _._~------ .._-----.'-- -- .;. !.. -.

--. --------_._-- -,~-. ,

.. __ .---c.---.----.....-....----.-

--~I

'-j

" I

.~---- ··---l--~--- I

'1 i ' I-_.- _.__ ... _-- ·--:"-----C---~--l~-;-·-~~---,·~: : 'I ;

·=~~~=___~~_~~_-~_~~~___==~~r_ ~:~-. 2

_:_ . ---L.•, "

-_._~--_._------~~-- --~--!

.-- i--:~T --.,------- - ----- ~·~__.:..:=t=~~~ .--:1 ~

_.'.--_.,_,- . r

__. .______ --==-1 ;?. ~~.~==____=___~-=-: =---=-~.j~~=--_-.'---1 ~

~

Ct==~::r-==.=-:=--~i· _;-e.l~ktvo~1~ \AAe{~syslee~

_~(Q~esl-~~.4.~ ~,Mtt-~~l~~:~ . _

:Ir------. I; I1---+---1

-

f - I

.1. _

. ,i----- +.-----~- --~--.----;----

F-----'-- --,- -.1.::_i -- -:.- ;-- )- ~- -~-~---+- ----------L,-=-__' _:....._~_~_-_=--:-.:::-....,~-_~- --l -- •._-_... ----,

'-, ~.---_L.:::::'::=:_~__ . ., ~_l--._.

f;-=::-!~~~?::

r-~t -t----;-------l~~~_ _l~-3 .:--_!

1:~j.J-il+J-+J'-b1=rr1 '--Irl~~=+~=F+~1~~---f----i:=j----·~ -- l·-t

~~f~~--rFl~r·-:f~lI.. -=t.-.-.--.. ---.. ·.T .....-. 1=... -.- J.- ..-+-.-'--.'.'. ---.t--.--.. =1I~-=------.:.t=..-=-::.::-=t:=--:::--:=-::-=:~~.: ~ ----;_:--1

=--~=-~~-.~~~=--~~.:--._--~l' ~-=-=t-~- ..~-=t=_-:::~--:-_.~=i...=.--==-~. -- i

t---------,---=~=+= ~~~-~=-~---=-.I~---=--=~t=~·-·:-· ~.~~-=-_.;

;=---~--=-~= -~~--==~ ~~~-j ~- -- _._---~~r~------------:-·· - -i----...;------~-·---

:~ -~E_~~~~_~~ -+:---:----- ~------~t-_=-=;::=::::::;::-- --:::::-_::~ - _

!:...~--=--'.:~~_--,.i,·~__=_-~::_l_::--; ----~--·-i--~- ---_- ''''' ----i::~~100-- ~=r:: ~~CX7 ~A

I. I

----:---;~---1

, !_._-:~--+_._~~:~~ ~

: i

- --. ------ --_.:-'-:_:....~-~1 '1

- -.-- -----_:..._:~;.-----:.j

I----- ----- -- .---~___i

~~~--;--~rI , ~1

---t--~

-=.~

~~:~i:~-::t~~-~~-: ~~:~~:_::__::~t:::- ::-_::~-~ ==-___t.•__ _ __ ._" _

.- ---'---.-----: ~'----T---l

"_ -I._:__=_::::::..:. ::~_:=.:...:::-_~_==_~i,

. ~ ;.~ -~ .._---_._.__._~--_.'

- 58 -

3. Beveiliging elektronisch systeem.

3.1. Algemeen.

De operationele versterker (opamp) dient tegen te hogeoverspanningen te worden beschermd. Om effectief tekunnen beveiligen, is het nodig te weten met welkespanningen moet worden gerekend. Het meetsysteem isopgesteld in het 150 kV-hoogspanningsschakelstationLutterade en het zal duidelijk zijn dat aldaar de no­dige stoorspanningen zullen optreden, bijvoorbeelddoor het schakelen met scheiders of vermogenschake­laars of door elektromagnetische straling. De spanningover de afsluitweerstand R is evenredig met de gedif­ferentieerde primaire spa~ing/stroom, zodat hierinmet name de hoge frequenties versterkt te voorschijnkomen (zie figuur 3.1).Voor de 50 Hz comptabele meting is een laagdoorlaat­filter voor de opamp geschakeld, om de elektronica te­gen te hoge spanningen te beschermen. Inparagraaf 3.2. zal voor het spanningsmeetsysteemworden nagegaan hoe groot de spanning zal zijn over deafsluitweerstand van de coaxiale kabel bij een blik­seminslag in het primaire systeem. In paragraaf 3.3.wordt de overspanningsbeveiliging van het comptabelmeetsysteem behandeld.In paragraaf 3.4. komen specifieke EMC-aspecten aan deorde, die voor dit meetsysteem gelden (lit. 14 tim22).

-sq-

5t YOo Yn VV\ ee.ts't~d: l eVV\

~5~().V\nLn~ OVtv Ra.. (V~ en ~~ tl\*1a.L1~SSfa.~V\tV\1 tvc

VD.lA \.\~ M~ ~5'Pi:~~~ a.Cs 1u~~l~ VOJA ctot ·Hjo..(soHt:)(Y\QQst d.e. ~uruu.V" ~ ij V\ d.e. (lW\ ~\.tu.d.<lV\ a.a.V\~~ e.veV\\.

- 60 -

3.2. Bepaling grootte van de bliksemspanning over Rd .

In de bestekken van hoogspanningsapparatuur, bestemdvoor 150 kV-stations, kan de volgende bepaling zijnopgenomen: De isolatie tussen onder spanning staandedelen en aarde moet bestand zijn tegen een bliksem­spanning 1,2/50 ~sec van 750 kV topwaarde.

Nagegaan zal nu worden hoe groot de spanning V (t)bedraagt bij een blikseminslag in de primaire ~nstal­latie; figuur 3.2. Deze bliksemspanning kan met deonderstaande formule worden beschreven:

VOOV

met K = 750 kV, T1 = 69 fsec en T2 = 0,395 ~sec.

De Laplace getransformeerde van de bliksemspanning is:

>

5'td . k [_1_~+s'td' . ~+ 11r1

Levevt :

- 61 -

Dit spanningsverloop is in figuur 3.3 grafisch uitge­zet. De topwaarde is circa 2.00~ Vi uitgaande van Cd =94 pF, C = 19200 pF en R = 50~L . Wanneer voren­staand s~steem als een idgale differentiator zou zijnopgevat, dan geldt:

Vd = RdCd . dVh ~3.500 V.dt

Het maximum vermogen dat aan R wordt toegevoerd, be­draagt circa 80 kW en de totaa~ gedissipeerde energiein Rd is 0,09 J.

De gedissipeerde energie in de weerstand is laag. Alsde weerstand kapot gaat, dan komt dit door een te hogespanning.

'.10

3 .3.

- 63 -

Overspanningsbeveiliging comptabel meetsysteem (lit. 23).

De beveiliging tegen overspanning gebeurt in principedoor de energie van de puIs naar aarde af te voeren.Bet beveiligingsconcept is in fiquur 3.4 aangegeven.

Bierin zijn:

I dioden, beveiliging tegen verkeerd aansluiten vande voedingsspanning.

2 condensatoren, beveiliging tegen transienten inde voedingsspanning.

3 dioden, beveiliging van de opamp tegencommon-mode-stoorspanningen.

4 Schottkydioden (VSK 130/1 A), beveiliging van deopamp tegen differential-mode-stoorspanningen.

5 Gasgevuldeafleider.

De operationele versterker dient tegen te hoge diffe­rential mode- en commonmode spanningen te worden be­veiligd. Dit gebeurt door middel van Schottky-dioden.Aan de ingang van het systeem is een laagdoorlaatfil­ter geplaatst, welke hoogfrequente spanningen kort­sluit. De bandbreedte van het filter bepaalt tevens debandbreedte van het meetsysteem.

Bet aanspreken van overspanningsbeveiliging leidt tottijdelijke offsetproblemen, wat voor de comptabelemeetsystemen acceptabel is.Vastgesteld is dat de beveiliging goed heeft gefunc­tioneerd, zelfs nadat de weerstand Rd als gevolg vanschakelspanningen aanzienlijk in waarde was toegeno­men. Een correcte constructie van Rd wordt in para­graaf 3.4 besproken.

- -1SVoU:

,~

I

+ 15VtLl

VO'

J\.-~,,-

1lLtev

3.4.

- 65 -

EMC-aspecten differentierendejintegrerende meetsystemen.

Zoals reeds in § 3.1. is aangegeven, komen overde weerstand R hoge spanningen te staan als ge­volg van de di~ferentierende werking van de com­binatie meetcondensatorjcoaxiaalkabeljafsluit­weerstand, respectievelijk Rogowski-spoeljcoaxiaal­kabeljafsluitweerstand. De spanningsbelasting vanR is bij de spanningsmeting hoger dan bij des~roommeting, zie figuur 3.1. In § 3.2. is dezespanning berekend op maximaal 2000 V. Hiertegenzijn normale koolstofweerstanden niet bestand.Aan de uitvoering van de weerstand R zal dusextra aandacht moeten worden geschon~en. Gekozenzijn weerstanden van het fabrikaat Allen-Bradley,welke geschikt zijn voor spanningen van maximaal750 V. Bovendien worden deze weerstanden voorzienvan krimpkous, waardoor de toelaatbare overspan­ning aanzienlijk toeneemt.

stoorstromen, die over de mantel van de meetkabel(coaxiaalkabel) lopen, koppelen een spanning V involgens y = !l~k. Hierin is ~k de transferimpe­dantie van de meetkabel (lit. 30). De aldus in­gekoppelde spanning is voor het spanningsmeet­systeem niet van belang, vanwege de hoge impedan­tie van de bron (ljjw~ ), of anders gezegd deingekoppelde spanning ~s klein ten opzichte vande primaire spanning (150 kV-spanning). Bij hetstroommeetsysteem wordt de meetkabel maar aan eenzijde geaard, zodat op bovengenoemde wijze geenspanning kan worden ingekoppeld, althans bij lagefrequenties.

Bij de lay-out van het systeem moet erop wordengelet, dat storende invloeden zover als mogelijkvan de elektronica verwijderd blijven. Dit bete­kent dat filters en eventueel gasgevulde aflei­ders niet op de printplaat, maar bij de afsluit­weerstand R moeten worden aangebracht. De af­sluitweerstgnd symmetrisch monteren, bijvoorbeeldtwee weerstanden van 100st parallel, zodat tweemazen ontstaan die tegengesteld gerichte veldenopwekken.Op de printplaat zelf moeten de aardlussen zoklein mogelijk zijn, hoewel om elke elektronica­component een aardlus kan worden aangebracht.Onder de opamp zelf mag geen g~leidend materiaalaanwezig zijn, zodat de parasitaire capaciteitenzo klein mogelijk blijven. Dit is met name vanbelang wanneer hoge frequenties moeten wordengemeten. Waar geen componenten aanwezig zijn,blijft de printplaat voorzien van de geleidendemetalen laag. Op deze wijze is het elektronischsysteem zo goed mogelijk beschermd tegen instra­ling van elektromagnetische velden.

De grootte van de optredende overspanningen overde weerstand R

dkan worden beperkt door aan het

begin van de m~etkabel een extra weerstand R aante sluiten, zie figuur 2.23 § 2.3.1.

- 66 -

4. Conclusies en aanbevelingen.

Zoals reeds in hoofdstuk 1 opgemerkt, zijn 3 aspectenbij elektronische meetsystemen van belang, te weten deveiligheid, de aarding en afscherming van het systeemen de meetnauwkeurigheid. Met name de grootte van detoelaatbare hoekfout heeft grote invloed op de dimen­sionering.Door metingen is aangetoond dat het mogelijk is om opdeze wijze nauwkeurig bij 50 Hz (en bij hogere fre­quenties) spanningen en stromen te meten in hoogspan­ningsschakelstations.Ook het meten van transiente spanningen (bliksem enschakelspanningen) is op deze wijze mogelijk.Achtereenvolgens zullen een aantal zaken worden opge­noemd, die al dan niet nog verder moeten worden onder­zocht:

De bandbreedte van de differentiator w~rdt be­paald door de afsluitweerstand Rd (50JL ) en desom van de capaciteiten van de meetcondensatorC en de aardcapaciteit C . Met name C is in het190 kV-schakelstation Lutterade veel t~ hoog, zo­dat de bandbreedte te klein is om transiente span­ningen te kunnen meten. Dit kan worden gecompen­seerd door aan C een ohmse weerstand parallel teschakelen. Hierd80r worden de overspanningen,waartegen de elektronica moet worden beveiligd,gereduceerd. Een nadeel hierbij is dat het sig­naal in grootte afneemt.Bet uiteindelijke meetsysteem zal moeten bestaanuit een hoogspanningsmeetcondensator, een coaxiaal­kabel en een afsluitweerstand R

d, welke te samen

de differentiator vormen. Hierop worden de elek­tronische meetsystemen aangesloten voor het metenvan harmonische spanningen (50 Hz en hoger) entransiente spanningen.

Driftspanningen en ruisspanningen hebben een gro­te invloed op de totale dimensionering. Drift­spanningen hebben frequenties kleiner dan 0,1 Hz.Boven 0,1 Hz worden spontane variaties in despanning meestal ruisspanningen genoemd. Bij eenvoldoend groot signaal zijn de ruisspanningenniet van belang.De meetnauwkeurigheid wordt bepaald door de off­setspanningsvariaties (drift) in het uitgangssig­naal. Deze zijn rechtevenredig met de grootte vande spanningsversterkingsfactor.Bij een klein ingangssignaal dient de ingangs­stroom van de opamp tot een dusdanige waarde teworden beperkt, dat de coaxiaalkabel karakteris­tiek blijft afgesloten. Ruisspanningen kunnen danhun invloed doen gelden, zodat "low noise" opampsmoeten worden toegepast, terwijl anders "generalpurpose" opamps voor 50 Hz spannings- en stroom­meting geschikt zijn.

- 67 -

Toepassing van chopper gestabiliseerde opamps(extreem lage offsetspanning) om de driftproble­men beter te beheersen, verdient verder onderzoek.

Nagegaan zal nog moeten worden wat de invloed isvan bijvoorbeeld tijd en temperatuur op de meet­nauwkeurigheid van het elektronisch meetsysteem.

Bepaald zal moeten worden, welk uitgangsvermogenhet meetsysteem aan de belasting moet kunnen le­verene Hierbij dient te worden uitgegaan van be­lastingen, gevormd door elektronische schakelin­gen met een hoogohmige impedantie.In plaats van het uitgangsvermogen van het meet­systeem te vergroten, kunnen ook meerdere gelijkemeetschakelingen worden aangebracht.

Het meetsysteem is makkelijk uit te breiden, menkan meer meetcircuits aansluiten achter de weer­stand Rd of achter de integrator.

De eisen, zoals geformuleerd in IEC 185/186, zijnniet zonder meer toepasbaar op dergelijke elek­tronische meetsystemen, maar dienen te wordenaangepast.

De spanningsmeting (klasse 0,1) zoals omschrevenin § 2.2.2., is zonder meer geschikt te makenvoor het meten van spanningen met frequenties> 50 Hz. Het ingangsfilter met een bandbreedtevan 1 kHz werd daartoe vervangen door een filtermet een bandbreedte van 100 kHz.Op deze manier kunnen hogere harmonischen in despanning worden gemeten. De grootte van de hoek­fout van het meetsysteem neemt bij stijgende fre­quentie af.

De aardcapaciteit C heeft geen invloed op denauwkeurigheid van get spanningsmeetsysteem. Denauwkeurigheid wordt bepaald door de meetconden­sator Cd. Om een systeem met klasse 0,1 te rea­liseren, zal de nauwkeurigheid van de meetconden­sator eveneens aan klasse 0,1 moeten voldoen. Bijde stroommeting is de Rogowski-spoel bepalendvoor de uiteindelijke nauwkeurigheid. Onderzochtdient te worden de invloed op de nauwkeurigheidals gevolg van de positionering van de spoel omde kabel en temperatuurvariaties.

- 68 -

De spanningsmeting kan in principe voor elk span­ningsniveau worden toegepast mits een goede meet­condensator C ter beschikking staat. Op dezewijze is de sSanning te meten in bijvoorbeeld een10 kV-station. Het gevaar van het optreden vanferroresonantie in geYsoleerde netten bij toe­passing van deze meetsystemen is nu niet meeraanwezig.

De wederkerende spanning van verrnogenschakelaarsbij het afschakelen van kortsluitstromen kan meteen passieve integrator worden gemeten.

Wat betreft de meetnauwkeurigheid wordt opge­merkt, dat een hoekfout van 5' (klasse 0,1) nietstrikt noodzakelijk is. Aangezien de hoekfout vanzowel de spanningsmeting als de stroornrneting vol­ledig bekend zijn, zouden beide systemen kunnenworden afgeregeld op een hoekfout van bijv. 1° a2°.Het faseverschil tussen spanning en stroom wordtdan toch correct gemeten. Dit heeft tot gevolgdat de spanningsversterkingsfactor van de oparnplager kan worden gekozen, zodat de driftproblemenin het uitgangssignaal kleiner worden.

Aangezien het principe van stroom- en spannings­meting hetzelfde is, zijn de gemaakte op- en aan­merkingen betreffende spanningsmeting ook vantoepassing op de stroornrneting.

Wanneer een netdeel spanningsloos wordt gescha­keld en er geen lekweg naar aarde is, houden zgn.trapped charges het afgeschakelde deel op span­ning. De uitgangsspanning van het elektronischmeetsysteem gaat echter weI langzaarn naar nul.Wordt de netspanning nu weer ingeschakeld op hetmoment dat deze in tegenfase is met de spanningvan het nog losgekoppelde netdeel, dan bestaathet uitgangssignaal van het meetsysteem naast decorrect gemeten transiente spanning, ook nog uiteen gelijkspanningscomponent. Deze wordt nietcorrect gemeten, omdat het nulniveau niet is ge­definieerd. Een spanningstransforrnator kanuiteraard ook geen gelijkspanning meten. Omdat detransforrnator een geleidende weg naar aardeheeft, treedt genoemd probleem hier niet op.Het "trapped charges" probleem is bijvoorbeeld opte lossen door ervoor te zorgen dat in h~t hoog­spanningsdeel dat "spanningsloos" wordt cj1escha­keld, altijd een geleidende weg naar aar~e aan­wezig is. Dit kan een blusspoel of een zinkoxideoverspanningsafleider zijn.

- 69 -

5. Literatuurlijst.

1. NEN-publicatie 10185/10186 + Amendementen.

2. Wolzak, G.G.The development of high-voltage measuring techni­ques; proefschrift THE 13 december 1983.

3. Bekkers, J.A.G.Het meten van hoogspanning met een differen­tierend en integrerend meetsysteem. Afstudeer­verslag THE, mei 1981.

4. Minkman, J.A.Een differentierende/integrerende meetmethodevoor spanning en stroom in 50 Hz-systemen. Af­studeerverslag THE, februari 1982.

5. Senff, J.J.; Van der Laan, P.C.T.; Antonides H.and Hosselet L.M.L.F.Shielding Properties of Isolated-PhaseBussystems, IEEE Trans. on Power App. andSystems, Vol. PAS-102 (1983), 2231-2238.

6. De Vet, H.J.A.Vergelijking van twee spanningsdelers voor hetmeten van transiente spanningen in gesloten scha­kelmateriaal. Afstudeerverslag THE, december1984.

7. Vahldiek, H.Operationsverstarker. Eigenschaften und Anwendun­gen in linearen und nichtlinearen Schaltungen.Verlag Karl Thiemig - Mtinchen (1979).

8. Ntihrman, Dieter.Operationsverstarker - Praxis. Francis-VerlagMtinchen.

9. Graeme, J.G.Application of operational Amplifiers; BurrBrown. McGraw-Hill Book Company 1973.

10. Operational Amplifiers. Design and Applications;Burr Brown.

11. Shihab, S.A fast response impulse voltage measuring systemfor testing of gas insulated substations equip­ment. Paper 85 WM 115-1 to be published in IEEETrans. on Power App. and Systems.

12. Technical Committee no. 38. Instrument Transfor­mers. Draft: "Supplement to IEC Publication 185chapter IV -additional requirements for protec­tive current transformers for transient perfor­mance: classes TPS, TPX, TPY en TPZ." 38(Secretariat) 76, july 1984.

13. Op den Camp, M.C.Beveiliging en meettransforrnatoren, ref. odCjDodd. 21-2-1985 (0002 T.11); NV PLEM.

- 70 -

14. Kaden, H.Wirbelstrome und Schirmung in der Nachtrichten­technik; Springer Verlag Berlin 1959 (2e druk).

15. Van der Laan, P.C.T.; Jansen, W.J.C. en Steennis,E.F.The design of shielded enclosures, especially forhigh-voltage laboratories. KEMA Scientific andTechnical Reports, Vol. 2 nr. 11, 1984.

16. Van der Laan, P.C.T.Aarding en afscherming, memo EHO/85/41, september1985; Pato-cursus november 1985.

17 . Ott , H. W.Noise reduction techniques in electronic systems;Wiley-Interscience, New York (1976).

18. Denny, H.W.Grounding for the Control of EMI. Published byDon White Consultants, inc.

19. Keiser, B.E.Principles of electromagnetic compatibility.Artech (1979).

20. 6th Symposium and Technical Exhibition onElectromagnetic Compatibility, Zurich March 5-7,1985.

21. Informationstagung tiber den Nuklearen Elektromag­netischen Impuls (NEMF), 7 Mai 1985, Bern.

22. Sevat, P.A.A.Methods for calculating the shielding effect ofsolid-shell enclosures against EMF. TNO, May1981.

23. Schmidt, W.Sensorhalbleiter und Schutzelemente.Vogel-Verlag, 1982.

24. Registrerende meetapparatuur, Technogids 1985.

25. Diktaat elektronische schakelingen I nr. 5.506(G.G. Persoon) en II nr. 5.549 (J.H. Van den Boomen J.J. Verboven), THE.

26. Stoorspanningen in onderstations en maatregelenter bestrijding (deel I: theorie; deel II: prak­tijk). werkgroep Stoorspanningen in onderstationsvan de Commissie voor Beveiligingsvraagstukken enTelecommunicatievraagstukken.

27. Kooy, G.Diktaat elektromagnetisch veld I (nr. 5.001) THE.

28. Mclachlan, N.W.Bessel functions for engineers. Oxford 1961.

- 71 -

29. Leidraad voor het ontwerpen van comptabelemeetinrichtingen voor grote verbruikers; VDENapril 1978; Commissie voor de kWh-meters.

30. Van der Laan, P.C.T.Diktaat Magnetisch gekoppelde ketens. nr. 5.572,THE.

- 72 -

6. Definities inzake operationele versterkers.

Input offset current (ingangsoffsetstroom): de absolu­te waarde van het verschil van de beide ingangsstromenals de uitgangsspanning 0 V is.

Input bias current (ingangsinstelstroom): hetgemiddelde van de beide ingangsstromen als deuitgangsspanning 0 V is.

Input offset voltage (ingangsoffsetspanning): de span­ning die we op een der ingangen moe ten aanbrengen omde uitgangsspanning 0 V te maken als de andere ingango V is.

Drift: zeer langzarne variaties in de uitgangsspanningvan een operationele versterker bij afwezigheid vaningangssignalen.

Supply voltage sensitivity (supply voltage rejectionratio, voedingsspanningsgevoeligheid): verandering vande ingangsoffsetspanning tengevolge van veranderingenvan de voedingsspanning.

Open loop voltage gain (open lusversterking): de ver­houding van de spanningsverandering aan de uitgang ende spanningsverandering tussen de ingangsklemmen.

Loop gain (lusversterking): de versterking van eensignaal bij rondgang door de tegenkoppellus.

Phase margin (fase reserve): het faseverschil tusseningangs- en uitgangssignaal bij de frequentie waarbijde open lusversterking tot 1 is gedaald.

Freguentie compensatie (phase compensation, demping):het aanbrengen van een frequentie-afhankelijk netwerkom de open lusversterking eerder te laten afnemen, methet doel opslingeren in de arnplitudekarakteristiektegen te gaan.

Bandbreedte: de frequentie waarbij de versterking met3 dB is afgenomen ten opzichte van versterking bij f =o Hz.

Gain-bandwith product (unity gain bandwith, unity gainsmall signal response): het produkt van versterking enbandbreedte, of: de frequentie waarbij de open lusver­sterking tot 1 is gedaald.

Common mode rejection: de mate waarin de versterker instaat is signalen, die op beide ingangen tegelijker­tijd aanwezig zijn, te onderdrukken.

Common mode gain (common mode versterking): de ver­sterking van common mode of in-fasesignalen.

- 73 -

Common mode rejection: de verhouding van open lusver­sterking en common mode versterking.

Common mode ingangsimpedantie: de impedantie tussen dedoorverbonden ingangsklemmen en aarde.

Differential mode ingangsimpedantie: de impedantietussen een der ingangsklemmen en aarde als de andereingangsklem is geaard.

Slewing rate limit (slew rate, volgsnelheidslimiet):de maximaal mogelijke toenarne per tijdseenheid van deuitgangsspanning.

Full peak response: de frequentie waarbij het maximaleuitgangssignaal bij nominale belasting wordt geleverdzonder dat de versterker wordt overstuurd.

Full power response (power bandwidth): de frequentiewaarbij het maximale sinusvorrnige uitgangssignaalwordt geleverd bij maximale belasting, zonder dat devervorming meer dan bijvoorbeeld 3% bedraagt.

Output voltage swing: de maximale top-waarde van hetuitgangssignaal, dat zonder afkapping kan wordengeleverd.

Rated output: de maximale waarden van uitgangsspanningen uitgangsstroom die tegelijkertijd kunnen wordengeleverd.

Overload recovery time (hersteltijd): de tijd die deuitgangsstroom nodig heeft om vanuit een verzadigdetoestand de grens van het lineaire gebied te bereiken.

Settling time (insteltijd): de tijd die de uitgangs­spanning nodig heeft om (met een stapvorrnig ingangs­signaal) de eindwaarde te bereiken binnen een zekere,voorgeschreven tolerantie.

- 74 -

7. Technische gegevens van de gebruikte oparnps.

7.1.

7.2.

7.3.

Wide-band Fast Settling Operational Amplifier, typeBB 3554, Burr Brown.

General-Purpose Operational Amplifier, type OP-02,Bourns.

Ultra-Low Noise Precision Operational Amplifier,type OPA 27, Burr Brown.

1-.1

BURR-BROWN@

11:11:11

•....

,.¥•.. _ ....

';,;;;.~_.~ '- .

....... ... ../-

3554

1-5-

Wideband - Fast-SettlingOPERATIONAL AMPLIFIER

FEATURES• SLEW RATE. I00nVpsec

• FAST SETTLING. l5Onsec. max Ito ±.05%1

• GAIN·BANDWIDTH PRODUCT. 1.7GHz

• FUll DIFFERENTIAL INPUT

APPLICATIONS• PULSE AMPLIFIERS

• TEST EQUIPMENT

• WAVEFORM GENERATORS

• FAST DfA CONVERTERS

DESCRIPTIONThe 3554 is a full differential input. wideband operationalamplifier. It is designed specifically for the amplificationor conditioning of wideband data signals and fast pulses.It features an unbeatable combination of gain-bandwidthproduct. settling time and slew rate. It uses hybridconstruction. On the beryllia su bstrate are matched inputFETs. thin-film resistors and high speed silicon dice.Acti ....e laser trimming and complete testing providesuperior performance at a very moderate price.

The 3554 has a slew rate of I000V"}.'sec and will output:tIOV and :tIOOmA. When used as a fast settlingamplifier. the 3554 will settle to ±O.05% of the final valuewithin 150nsec. A single external compensation capacitorallows the user to optimize the bandwidth. slew rate orsettling time in the particular application.

The 3554 is reliable and rugged and addresses almost anyapplication when speed and bandwidth are seriousconsiderations. It is particularly a good choice for use infast settling circuits. fast D! A converters. multiplexerbuffers. comparators. waveform generators. integrators.

. and fast current amplifiers. It is available in several grades!o allow selection of just the performance required.

lnllmlll...1Alrpert lndultrlll !'lrk . P.o. 801 IIG· TUCUll Artz... 85734 . Tit. Il102I146-1111 • TWI: glG-!I52·1111 . C.ble: BBRCORP . TIIII:~I

TYPICAL CIRCUITS

S.6kll S.6kO

270270

1000pF

2 pF

IX I Invert.rs X I Non·lnvener

R 1000 ErrorSienal

5600 S.6kO R 3kn

1.2pF"

HP 5082·2811Hot Carrier Diodes

IpFtOl5pF

~...oI~-o AmplifierOutput

ei:: !I0Vtr " tf:: 45nsec

(3)

J. 1000pF

XIO Invener Settlin, Time Telt Circuit Schematic

1000 10kn

X100 Invener

View from Component Side.Shaded Irea is the paUern side conductor.

C4 CR~p;r=========1..k<'. """',.. ,'"",.,,',,' .. ,., F' +Vcc

ErrorOutput

.......+-Vcc

Settlin, Time Telt Circuit Layout

NOTES:J. Th_ circuit. are optimized for drivin, Jaree capacitive load. (to 470pF).2. The 3554 iI.table at ,ain. of createt than 55 (eL .;; I OOpF) without any frequency compenaation.3. 45naec iI optimum. Very fut rise tim.. (I G-20naec) may ..turate the input sta.e caun, Ie.. than

optimum MU1lnI time performance."Indicate. component that may be eUminated when laree capacitive load. an not beina driven by the device.

ELECTRICAL SPECIFICATIONSAl T, '" '" 2S'C and !ISVDC. unless Olhe....,,,, nOled.

-"1-f-

3S~AM JS~8M 3SS4SMPARAMeTERS CONDITIONS UNITS

MIN TYP MAX MIN TYP MAX MIN TYP MAXOPEN LOOP GAIN.DC · · · · · ·

:"0 Load 100 106 dBRaled Load R, '" 1000 90 96 d8

RATED OUTPUT · · · · · ·Voltaac In:::l: ~IOOmA !IO !II VCunml V" =:!IOV !IOO !12' rnAOUlpUI Raislanee. open loop f= 10MHz 20 0

DYNAMIC RESPONSE · · · · · ·Band",dlh (Od8. small ..,nail C. =0 70t 90 114HzGaln-bandwidlh Product C, "0. G = 10 V V ISO 22' 114Hz

C. '" O. G = 100 V V 42S 72' 114HzC. "0. G = 1000 V V 1000 1700 114Hz

Full Po..er Band"'dlh C. =0. V, " 20Vp-p. R, .. 1000 16 19 114HzSic.. Rale C. '" O. V, " 20Vp-p. R, = 1000 1000 1200 V_Selllin, Time 10 !I'i;; A =-1 60 nscc

to ::!.I~ A" -I 120 nsec10 !.OS';- A =-, 140 ISO nsec10 !.Olq A =-\ 200 2SO nice

INPUT _ __ VULJAul:In,"al offsel. T. = 2S'C !a.' :2 !a.2 :1 !:O.2 :1 mV

\"S. Temp (T. = ·2S·C 10 +8S"C1 :20 :!:SO !8 :IS ",V/'C\"s. Temp (T. = -SS"C 10 "12S"Cl :12 :2, ",VI·C\"S. Supply Vollage :!:1IO :!:JOO · · · · ,.V:V

INPUT BIAS CURRENT · · · · · ·In,"al bias. 2S"C 0 -10 -SO pA

.... Temp ..'·s. Supply \' ol:ag" ±I pAi V

INPUT DIFFERENCE CURRENT · · · · · ·In,"al diU"r"ne". 2S"C :!:2 !IO pA

INPUT IMPEDANCE · ·D,ff"r"nl,al 10" II 2 011 pFCommon-mode 10" II 2 011 pF

INPUT NOISE · · · · · ·Vol,age. f" = IHz R, '" 1000 12S 4SOt nV/JHZf. '" IQ Hz R, = 1000 SO 160t nVIJHZf.. " 100 Hz R, = 10011 2' 90t nV;v"Hlf.. = I kHz R, " 1000 IS SOt nVtv"Hlf.. " 10 kHz R," 1000 10 3H nV;Jiii'f.. " 100 kHz R," 1000 8 2S t nV:Jiii'f. " I "'1Hz R,,, loon 7 l't nV, v'iilf. ~ .3 Hz '0 10 Hz R, = 1000 2 7 t ",V. popf. = 10 Hz 10 I MHz R, = 1000 K IS ",V. rm'

Curr"nl. f. " .3 Hz 10 10 H, R, '" 1000 4S fA. popf. " 10 Hz 10 1 MHl R, " 1000 2 pA. rrns

INPUT VOLTAGE RANGE · · · · · ·Common-mod" Vollage Rang" L,n"ar Opcrallon ~(lVccf-4) VCommon-made R"J"Ciion f" DC. V, .. "+1V. -IOV 44 18 d8Max. Safe Inpul Vollage !Supply V

POWER SUPPI Y · · · · · ·Raled Vollag" !IS voeVoll.g" Range. d"raled performanc" !S !18 voeCurr"nl. qUI""",nl !17 !3S "4S mA

TEMPERATURE RANGE (amb,,,nl)Spee.ficallon -2S +8S .~~ +8S -SS "12S 'COper.lIng. der.l"d performan"" -55 +12' -55 +12S -55 +Il' 'CSiorag" -6S +ISO -6S +ISO -6S +ISO ·C

8 Junetlon..case IS IS IS ·C/W8 Juncllon~ambienl 4S 4S 4S ·CIW

• Sl"'c,ficauon, ~m" 'Os for 3SS4AM•• Doubl", e'"ry .. lOTt ThIS par.melel IS un,nled and IS nOI gu.ranlc"d. ThiS specllic.l.on IS "'I.bh.hed 10 • 90% conrodmcc levd.

TYPICAL PERFORMANCE CURVES

-

vOLTAG,k caiN

,

1 10 U ~

SIJPf'L" VOLTAGI. ltV.UC__D YALUU CW ~NSAI1ON

1.lf""....;c,;;.,:.;At'IT~;;;.....;r;.;E;.·Y;,;S~(',;;;tmEJ);;;;;;;,;LOOP;;;;,.;;(;;;;A;;;IN_.,

s. .._J.­1----+---,..- ­.........,......... '-iL

10 HitCAlNtVfYl

!....~

! lok----+--~----1

=~i SI--'\.~--+--_1I

\\

"'III

\'0IlIl:---+--t-----I-~r--1__1

f'...~ c.· s,F "-

IlII 1\lIII I" , .. IG*.a"QUENCY Ill"

OlJmJT YOLTAGE

al TC = ~2SoC and t I sync unless olherwise Roled.(ftNLOOP_ C.ftNLOOP_

101) It..

"~~)"'" ~ ~"c,.oJ,~~ ~.. '\~' s'\.

6Clf--+----t '~~,\ i -oo~,., r\r\ \~ -Il

•• .a •~.\'!::--:I~'-:,r--r,....---m-.I'....,':lIb-\-iIY..'IlQUINCY ,..., ,aI!QtJENCY Ill"

OPIN LOOP 0U1ftJT aUlSTA*'li YS 'UQUINCY"",......,.-..,.-..,..-.,.---.--,aL' ,OOQc. '0oIl'

S '01.~-+----1--+----1--t---ll;

;"*'"-+---1--+-+--1-----1~

~ JO Y,-t IlVor

e~ V,-t 1iVDr

i- V·tl~Vor

to

~ It;;,.t. ...,..;;t:=t:::::t::::t',\~

,._I

!!..~i!;>

~...z5 -

I

-Iaf--+--!-"'-i-Y!',,--+--1

,"

~ ~ -... -.t:,,,...,.. ~ ; L• ,,;:;.. ;>

it

---.-- ..........;1

§tul "'"

#"•

"";- ~

.~;; r--..... Ii

." ...._..

II

10 I

SllfPlY VOLT !.Vt

."EM' OF T1lE L SHDCIt lINDFFStT YOLTACiE

, 1II 30 <0n. ,-*...T oIPUCA~I_1

."""CWPKT CIIUINT'-',"""~,"""-""-""-"I'""-"I'""-.. I

">~

~'

~;aiIi

i .~

""10 ~ lO tonME ._FOfta oIPUCAI1ON 'IIIN)

IM'IIT DFntT ("\J"~NT

nlll......Tlr ... f'I(',

~ TA! 1~'1(' .' 1..! lit ,

~ *-+--+---+-+----1----1

!-r---r-::::;;:~+=;:::::.:l~ ~-J'""f"_I_-+--+_+___1i I!:alI.H/,-+--+__I--+---+---1

i .1.".f

..".......

~ H ICII I':' I'\()TlIft:I_,

,·OIIIItr--r-""T-""!""-"T""-'T"'""" I__..,;.--.,........,---r- /_

~ 'aat--+--r--+--+--+-~§'...-----1--+--+-+-"".;....--1 ~• / i'e 2 c~ , ; 'O+--+-+--+-:l~--+-~ ~ '.....-+--+-+--+--+--41• ; V •I' -- to '1--+--+~~-+---1---1 i 'I--l'-....-+-O+-....,j--IIS i ~~ ..~ I , ~ ~~ ~i o. i 0, ~ o'tt---:-+--+--+--+-+---ll

,., I

CI.OIIO LOOP CAlIIIYIVI

IM'IIT ....C\lUIIOT

'OIl

sonLlNG TI"E,soo,---..,;.-....;.....;.;,...--.....,

,:

II~;:: 7

~~

I:III

:

,

I....-...,..-'T'"-.,.-...,~""T-:II

!i loat--+--t-----t--+-~V--l= /! '......-+-+--+--"II~-+------ti II--+--+-::~V---+----I------tS ~V.. 't---,f,A--t--+-+--1~ /~i °v

~'!:ssr--.':izl;-s--::.ts-"':'~I~r--:::..!rS-":..=~r-':'.,:-!:sTDlPlUT\JU lOCI

OII'...-~_,~O--.~S-~O-'""".~S--.~,O'""".....INPUT YOLTACiE 'YI

~u .15 .~ .u .., tofl .us DD"--.-!,......-.~S-~o'""" ......~~--.,!!!o-......TDlPl&AT\Jal ."C) INPUT YO&.TA(;lIYl

--=tq-

alft 'filIi":T trr.OISt. \lot T4U. f'l4&·TO-ft4& 1""'1~v \nc '"'c,.· roYAL 1HP\."'~UVOlTAGl.-,1/ " ,....

~,.i f ~

~/ .:. .. ;; ~~,

~ , I/ /~

~ ; 1,- lll,.I<",,"

~ ~~

""- 1.... 'MIl~ -' ~ :lI

,'" i ...,~; ~ ' •• I .,.. ; / ~, , t.- , 1'00..

~ i / ~ -r-;!; ~

;!; ~e1,.... I ,. ,

'0 , ,Ii' , , '0 ,"" ,. , .Ii' o. I , 10 100 It. IQIl, 1_ t .. I • lac.SOUac't auasrA.fIrC"'t cIU sou_no atSiST 4flCl.IQ' FaEOU1NO ."'.·,...... c........... ,,_ ...............

O~e.--I........ ,".._...--. ·I.....~'_-.......

~.lJ~ OUIUC'£HT :IlJIIft.... C1JaUHr MAXJMIJW POWU lMSSI'AI'1ON,

~r.

!; ,! 2 l\L ~

./!2 ~

~: •c .

"""",' .~~ iil5 C ~. II

_.. ~ . ,-""'"t JOIS

1\ ~~ ~ 1"-i ;;; ~.~7- ~ ~

:o~ ~ 2i \ ; z "'"r--....z . '1('. I~~"'j'0

~ i.. '0 ,'.4· 4SO('/w

~I II '0 ,

'0 " ll! 0 .,. .,... .,'0~'..urYOLT""I.Y) SlI'I'lY YOLTAGI. (tYt U .......4IU... ,~',

MECHANICAL

IR c-

---l

_,~~_J 1111 .J"*o-L

Q

~:1(Bottom Viewl e,( +~ i~~ ....

'NCHES Mlll.lMETeRSDIM MIN MAX MIff MAX

... ,.a,o ..- ••• )e.n Pin m.terial .nd

• .7" .170 ' •.ft ,.- pl.tin, compoai·c .300 .- 7.a2 '0.,. tion conform toa .- .0&2 0.•7 ..07 Method 1003

• .- .'01 2.03 2.17 (aoldenbiUty) ofF w ......c MIl'" .....'c MU-5td·U3n ._ ......c '2.7 ....'c [except p.ra-N '.1........C :10.12 .....,c lI'.ph 3.11.

J ._ .....'c 11.01 ....'cI( .-1.- 10. " I 12.70Q .111 I .,.. 2.... I •.00.. ._ I '-CAO 2•.•• I 21.01

NOTE:l.HdI in true ~itionwitIlin .010·(.25mml A 0 MMC • _ina pYlae.

Pin number••'-n fOf' ,..,._ only.Numban may not .. nw*od on~

B.a!.

+In

AMPLIFIER CONNECTIONSOffaet Potentiometer

(Option.l)

Frequency Compensation

There ia no internal c.ae connection.

-8\:>-APPLICATIONS INFORMATION

WIRING PRECAUTIONSThe 3554 is a wideband. high frequency operationalamplifier that has a gain-bandwidth product exceeding IGigahertz. The full performance capability of thisamplifier will be realized by observing a few wiringprecautions and high frequency techniques.

Of all the wiring precautions. grounding is the mostimportant and is described in an individual section. Themechanical circuit layout also is very important. Allcircuit element leads should be as short as possible. Allprinted circuit board conductors should be wide toprovide low resistance. low inductance connections andshould be as short as possible. In general. the entirephysical circuit should be as small as practical. Straycapacitances should be minimized especially at highimpedance nodes such as the input terminals of theamplifier. Pin 5. the inverting input. is especially sensitiveand all associated connections must be short. Stray signalcoupling from the output to the input or to pin 8 shouldbe minimized. A recommended printed circuit boardlayout is shown with the TYPICAL CIRCUITS. It alsomay be used for test purposes as described below.

When designing high frequency circuits low resistorvalues should be used; resistor values less than 5.6kO arerecommended. This practice will give the best circuitperformance as the time constants formed with the circuitcapacitances will not limit the performance of theamplifier.

GROUNDINGAs with all high frequency circuits a ground plane andgood grounding techniques should be used. The groundplane should connect all areas of the pattern side of theprinted circuit board that are not otherwise: used. Theground plane provides a low resistance. low inductancecommon return path for all signal and power returns. Theground plane also reduces stray signal pick up. Anexample of an adequate ground plane and good highfrequency techniques is the Settling Time Test CircuitLayout shown with the TYPICAL CIRCUITS.

Each power supply lead should be bypassed to ground asnear as possible to the amplifier pins. A combination ofaI",F tantalum capacitor in parallel with a 470pF ceramiccapacitor is a suitable bypass.

In inverting applications it is recommended that pin 6..thenon-inverting input. be grounded rather than beingconnected to a bias current compensating resistor. Thisassures a good signal ground at the non-inverting input.A slight offset error will result; however. because theresistor values normally used in high frequency circuitsare small and the bias current is small. the offset error willbe minimal.

If point to point wiring is used or a ground plane is not.single point grounding should be used. The input signalreturn and the load signal return and the power supplycommon should all be connected at the same physicalpoint. This will eliminate any common current paths orground loops which could cause signal modulation orunwanted feedback.

It is recommended that the case of the 3554 not begrounded during use (it may. ifdesired). A grounded casewill add a slight capacitance to each pin. To an alreadyfunctional circuit grounding the case will probablyrequire slight compensation readjustment and toecompensation capacitor values will be slightly differentfrom those recommended in the typical performancecurves. There is no internal connection to the case.

Proper grounding is the single most important aspect ofhigh frequency circuitry.

GUARDINGThe input terminals of the 3554 may be surrounded by aguard ring to divert leakage currents from the inputterminals. This technique is particularly important in lowbias current and high input impedance applications. Theguard. a conductive path that completely surrounds thetwo amplifier inputs. should be connected to a lowimpedance point which is at the input signal potential. Itblocks unwanted printed circuit board leakage currentsfrom reaching the. input terminals. The guard also willreduce stray signal coupling to the input.

In high frequency applications guarding may not bedesirable as it increases the input capacitance and candegrade performance. The effects of input capacitance.however. can be compensated by a small capacitor placedacross the feedback resistor. This is described further inthe COMPENSAnON section.

COMPENSATIONThe 3554 uses external frequency compensation so thatthe user may optimize the bandwidth or slew rate orsettling time for his particular application. Several typicalperformance curves are provided to aid in the selection ofthe correct compensation capacitance value. In additionseveral typical circuits show recommended compensationin different applications.The primary compensation capacitor. Cr. is connectedbetween pins I and 3. As the pen'ormance curves show.larger closed loop gain configurations require lesscapacitance and an improved gain-bandwidth productwill be realized. Note that no compensation capacitor isrequired for closed loop gains above 55 V/V and when theload capacitance IS less than 100 pF.

When driving large capacitive loads. 470 pF and greater.

an additional capacitor. C~. is connected between pin 8and .ground. This capacitor is typically 1000 pF. It isparticularly necessary in low closed loop voltage gainconfigurations. The value may be varied to optimize

. performance and will depend upon the load capacitancevalue. In addition. the performance may be optimized byconnecting a small resistance in series with the output anda small capacitor from pin I to 5. See the TYPICALCIRCUITS for the XIO Inverter.

The flat high frequency response of the 3554 may bepreserved and any high frequency peaking avoided byconnecting a small capacitor in parallel with the feedbackresistor. This capacitor will compensate for the closedloop. high frequency. transfer function zero that resultsfrom the time constant formed by the input capacitanceof the amplifier. typically 2 pF. and the input andfeedback resistors. Using small resistor values will keepthe break frequency of this zero sufficiently high.avoiding peaking and preserving the phase margin.Resistor values less than 5.6kfi are recommended. Theselected compensation capacitor may be a trimmer. afixed capacitor or a planned PC board capacitance. Thecapacitance value is strongly dependent on circuit layoutand closed loop gain. It will typically be 2 pF for a cleanlayout using low resistances (I kn) and up to 10 pF forcircuits using larger resistances.

SETTLING TIMESettling time is truly a complete dynamic measure of the3554's total performance. It includes the slew rate time. alarge sign~1 dynamic parameter. and the time toaccurately reach the final value. a small signal parameterthat is a function of bandwidth and open loop gain. Thesettling time may be optimized for the particularapplication by selection of the closed loop gain and thecompensation capacitance. The best settling time isobserved in low closed loop gain circuits. A performancecurve shows the settling time to three different errorbands.

Settling time is defined as the total time required. fromthe signal input step. for the output to settle to within thespecified error band around the final value. This errorband is expressed as a percentage of the magnitude of theoutput transition.

SLEW RATESlew rate is primarily an output. large signal parameter. Ithas virtually no dependence upon the closed loop gain orthe bandwidth. per se. It is dependent uponcompensation. Decreasing the compensation capacitorvalue will increase the available slew rate as shown in theperformance curve. Stray capacitances may appear to theamplifier as compensation. To avoid limiting the slewrate performance. stray capacitances should beminimized.

CAPACITIVE LOADSThe 3554 will drive large capacitive loads (up to 1000 pF)whl:n properly compensated. See the APPLICATIONSINFORMATION section on COMPENSATION. Theeffect of a capacitive load is to decrease the phase marginof the amplifier. With compensation the amplifier willprovide stable operation even with large capacitive loads.

The 3554 is particularly well suited for driving 50n loadsconnected via coaxial cables due to its ±IOOmA outputdrive capability.The capacitance of the coaxial cable. 29pF foot of length for RG-58. does not load the amplifierwhen the coaxial cable or transmission line is terminatedin the characteristic impedance of the transmission line.

OFFSET VOLTAGE ADJUSTMENTThe offset voltage of the 3554 may be adjusted to zero byconnecting a 20kfi linear potentiometer hetween pins 4and 8 with the wiper connected to the positive supply. Asmall. non-inductive potentiometer is recommended. Theleads connecting the potentiometer to pins 4 and 8 shouldbe no longer than 6 inches to avoid stray capacitance andstray signal pickup. Stray coupling from the output. pinI. to pin 4 (negative feedback) or to pin 8 (positivefeedback) should be avoided.

The potentiometer is optional and may be omitted whenthe guaranteed offset voltage is considered sufficientlylow for the particular application.

For each microvolt of offset voltage adjusted. the offsetvoltage temperature drift will change by ±O.OO4 p.V('c.

HEATSINI4INGThe 3554 does not require a heatsink for operation inmost environments. The use of a heatsink. however. willreduce the internal thermal rise and will result in cooleroperating temperatures. At extreme temperature andunder full load conditions a heatsink will be necessary asindicated in the MAXIM UM POWER DISSIPATIONcurve. A heatsink with 8 holes for the 8 amplifier pinsshould be used. Burr-Brown has heatsinks available inthree sizes - 3"C; W. 4.2u C; Wand 12"C/W. A separateproduct data sheet is available upon request.

When heats inking the 3554. it is recommended that theheatsink be connected to the amplifier case and thecombination not connected to the ground plane. For asingle sided printed circuit board. the heatsink may bemounted between the 3554 and the non-conductive sideof the PC board. and insulating washers. etc.. will not berequired. The addition of a heatsink to an alreadyfunctional circuit will probably require slightcompensation readjustment for optimum performancedue to the change in stray capacitances. The added straycapacitance from the heatsink to each pin will depend onthe thickness and type of heatsink used.

SHORT CIRCUIT PROTECTIONThe 3554 is shon circuit protected for continuous outputshons to common. Output shons to either supply willdestroy the device. even for momentary connections.Output shons 'to other potential. sources are notrecommended as they may cause permanent damage.

TESTINGThe 3554 may be tested in conventional operationalamplifier test circuits; however. to realize the fullperformance capabilities of the 3554. the test fixture mustnot limit the full dynamic performance capability of the

-81-amplifier. High frequency techniques must be employed.The most critical dynamic test is for settling time. The3554 Settling Time Test Circuit Schematic and a testcircuit layout is shown with the "Typical Circuits." Theinput pulse generator must have- a nat topped. fastsettling pulse to measure the true settling time of theamplifier. The layout exemplifies the high frequencyconsiderations that must be observed. The layout alsomay be used as a guide for other test circuits. Goodgrounding. truly square drive signals. minimum straycoupling and small physical size are imponant.

Every 3554 is thoroughly tested prior to shipmentassuring the user that all parameters equal or exceed theirspecifications.

1-.2. -8'b-GENERAL-PURPOSE - OP aO-P-E-RA-T-IO-N-AL-A-M-P-U-FI-ER--------- - 2

PIN CONNECTIONS

...~ft1.Moe. 7'"

~N2 .~

.1" J 5 aM.

• V-fCAMt

EPOXY MINI-DIP(P-Sufflx)

TO-99(J-SufflJ:)

8·PIN HERMETIC DIP(Z-SufflJ:)

teed over the full operating temperature range. PrecisionMonolithics' eXclusive Silicon-Nitride "Triple Passivation"process reduces "popcorn noise." A thermally-symmetricaljnput-stage design provides low input offset voltage drift andinsensitivity to output load conditions.

The OP-Q2 is a direct replacement for the 741. It is ideal forupgrading existing designs where accuracy improvementsare required and for eliminatinQ special low-drift or tow-noiseselected types.

PACKAGE

T.-ZS"C HeRMETIC PlAlnc OPERAnNGYo.MAX TO·" DIP DIP TfMPERATURE

(mY) "PIN I-PlN I-PlN RANGI!

0.5 OP02AJ' OP02AZ' MIL0.5 OP02EJ OP02EZ OP02EP COM2.0 OP02J' OP02Z' MIL2.0 OP02CJ OP02CZ OP02CP COM5.0 OP02BJ' OP02BZ' MIL5.0 OP020J OP020Z OP020P COM

GENERAL DESCRIPTIONThis high-performance general-purpose operational ampli­fier provides significant improvements over industry-standardand "premium"741 typeswhilernaintaining pin-for-pin com­patibility. ease of application. and low cost. Key specifica­tions. such as Vas, los. Is. CMRR. PSRR. and Ava are guaran-

ORDERING INFORMATIONt

FEATURES• Excellent DC Specffac.Uons• Low Nol O.85~VH

• Low Drlft (TCVou 8~V/oC M.x• Slilcon-Nltrlde P tlon• 1250 C T..ted Dice A••U.ble• "Premium" 741 Reptacement

•Also available witll MIL·STO-883S Processing. To order add /883 as a suffix to_lI1e pan number. See section 3 'or screening proeedure.tAil commercial and industrial temperature range pans are available willi burn·in

• per MIL·STD-883. See Ordering Information. section 2.

SIMPLIFIED SCHEMATIC

·01. 02. QJ &NO 01 'O'tM .. 0 v·

~:~M~~~a:~==: QI~""--'-_--'--'---~-~o-----a"l~----<l:>--_+~-_-_-_-..--~:-.- -----,1COMHUSI & liMit.....,. T.... ,. ~

M&LLVeAOSS-COW\.EDOUAO. ~

-INo-------t=--~ . ~ _-_---t:~>O

""1= ~ .:~ r-;.. ~"~""Z= '--:i--o"',~ ~auT

~~---- I ~ vo" ~Cl~ ~··Ol~

~ r.'j 0 ,O'~" ~~'--K~~ ~ al~. I

i ~., 1·· ---1:_1:- ~_~~~u_ -- i:----~o BALANCE O."LANe! 0 Y-

-&4.-OP-02 GENERAL·PURPOSE OPERATIONAL AMPUFIER

2. Ab.olule maximum raling. apply 10 both packaged perla and DICE. unt...oth_i.. nOled.

NOTIS:1. See lable 'or maximum ambienllemperatura rating and ~tlng 'ector.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Note 2)

Supply Voltage ±22VPower Dissipation (Note 1) 500mWDifferential Input Voltage .........•................ ±30VInput Voltage ..•........•.......•........ Supply VoltageOutput Short-Circuit Duration IndefiniteOperating Temperature RangeOP-02A, OP-02, OP-02B ...•......... -55·C to +125·COP-02E, OP-02C, OP-02D ..........•....• O·C to +70·C

Storage Temperature Range .......•..• -85·C to +150·CLead Temperature (Soldering, 80 sec) ...•......... 300·CDICE Junction Temperature (Tjl -85·C to +150·C

MAXIMUM AIIIIINTTIMPIRATURI

PAClCAGI TYPI 'OR RATING

TO-9lI (J I eo-C

8-Pln Plulie DIP iPI 38"C

8-Pln HMmetie DIP iZI 75"C

DIRATI AlOVlMAXIMUM AllIltINT

TIMPIRATURI

7.1mW/"C

5.6mWrC

8.7mWrC

ELECTRICAL CHARACTERISTICS at Vs - ± 15V, TA =25· C, unless otherwise noted.

'AJllAIIITIR

Inpul OffRt VOltage

Inpul Oftlet Current

Input Blu Currenl

rtMIOL

Vos

lOS

CONDITIONI

OP-GZAOP-G2E

MIN TY, MAX

0.3 0.5

0.5 2

18 30

OP-G2OP-G2C

MIN TY, MAX

2

5

20 50

OP-G28OP-G2D

IIlN TY, MAX

3 5

5 25

30 100

UNITI

mV

nA

nA

Inpul Aeli.tanee­Differential-MOde

(Note 21 3.8 7.5 2.3 7 5 Mn

Input Voltage Aange

Common-ModeAejection Aatio

Power SupplyAejection Aatlo

OutpUI VOltage SWing

urg..SlgnalVOltage Gain

Inpul Noi.. VOllage .

Input Noi..VOltage Den.ity

Input Noi.. Current

Input Noi.eCurrent Den.ily

Slew Aate

IVA

CMAR

PSAA

SA

VCW- :lOVAs S20kn

Vs -:5 10 :2OVAs:S 20lln

Vo·OV

O.lHz 1010Hz

'0 -10Hz'0· 100Hz'0· 1000Hz

O.lHzto 10Hz

'0· 10Hz'0· 100Hz'0· 1000Hz

(Note 1)

~10 ~13

85 100

10

:t12 :13

100 250

40

0.85

252221

12.8

1.4

0.70.4

0.25 0.5

eo

70

~10 :13

eo 95

30 100

:t12 :13

50 200

50 90

0.85

252221

12.8

1.4

0.70.4

0.25 0.5

:10 :13

70 85

100 150

:t12 :13

25 150

50 90

0.85

252221

12.8

1.40.70.4

0.25 0.5

V

dB

V

VImV

mW

nwJHZ

PAp-p

urg..SlgnalBandwidth

Vo· 2OVlI-Il(Note 1)

4 8 4 8 4 8 kHz

CloHd-LoopBandwidth

AiRtime

Overshoot

NaTI:1. 5amptelested.

2. QuarantHd by design.

BW

I,

Os

AVCL ·+1

(Nole 1J

AvCL • +1VIN • 50mV (Note 11

(Note 1)

0.8 1.3

200 300

5 10

0.8 1.3

200 300

5 10

0.8 1.3

200 300

5 10

MHz

n.

-85-OP-02 QENEAAL-PURP08I! OP&RAT1ONAL AMPUFIER

ELECTRICAL CHARACTERISnCS at Vs =- ±15V, -SS·C S TA S +125·C. unle.. otherwise noted.

OP-G2A OP-02 OP-0211Wl~" IYMIOL CONDmON8 ..... TYP MAX IIIN TYP MAX MIN TY~ MAX UNIT'

Input 0ffMt VOl1age Vos Rs S2OIl0 0.5 1.4 3 3 e mV

AvenIge Inpul 0tIMlTCVos Rs-son 2 e 4 10 e 20 /AYrCVoItap Drift (Nota 1)

Inpul 0ffMt eu".1 los 5 2 10 5 50 nA

~ag.lnpuIOtlMlTClos 7.5 75 15 150 30 300 pArCCu".1 Drift (Nota 1)

Inpul 81..Cu~ I, 30 eo 40 100 50 200 nA

Inpul VOllag' Range IVR ±10 ±13 ±10 ±13 ±10 ±13 V

Common-Mod.CMRR

VCM-±10V eo 88 eo 88 ,0 1I5 dBRe/eC1Ion Rallo Rs S2OkO

Po_SupplyPSRR

Vs-±510±2OV10 eo 30 100 100 150 /AVIV

Rejac;1lon Rallo RsS2OkO

large-SignalA'IO

RL2: 211050 100 25 eo 25 eo VlmV

Vollag. Gain Vo-±1OV

Oulpul VOllap Swing Vo RL2:2kO ±12 ±13 ±12 ±13 ±10 ±13 V

ELECTRICAL CHARACTERISTICS at Vs =- ±15~, O·C S TA S +70·C. unle•• otherwise noted.s

OP.Q2E OP-02C OP-G2Dl'ARAMITIR IYM.OL CONomON. MIN TY~ MAX IItN TY~ MAX IItN TY~ MAX UNIT'

Input OffMlVOllage Vos RsS 20110 0.4 ...."1.2 ' 3 3 l5 mV,---Averag.lnput Off...

TCVos Rs -500 2 e 4 10 l5 20 /AVrCVolI8ge Drift (Nota 1)

Inpul OffMt Curranl 'os 0.7 4 1.4 10 5 50 nA

Averag. Inpul Off...TClos 7.5 120 15 250 70 500 pArC

Currenl Drift (Nol. 1)

Input Btu Curr.nl I, 22 50 25 100 50 200 nA

Inpul VOltage Rang. IVA ±10 ±13 ±10 ±13 ±10 ±13 V

Common-Mod.CM,.,.

VCM -±10V eo 100 80 go 70 1I5 dBR'lactlon Rilio Rs S2OkO

Powsr SupplyPSRR

Vs - ±5 10 ±2OV10 eo 30 100 100 150 /AVIV

A'lactlon Rilio RSS 20110

large-SignalA'IO

RL2: 2kO50 100 25 eo 15 25 VlmV

Voltlg. aaln Vo-±10V

Output Voltag. Swing Vo RL 2: 2110 ±12 ±13 ±12 ±13 ±10 ±13 V

NOT!:1. Sampl. lastad.

OP·02 GENERAL-PURPOSE OPERATIONAL AMPLIFIER

DICE CHARACTERISTICS (125°C TESTED DICE AVAILABLE)

DIE SIZE 0.041 x 0.042 Inch. 11321q. mila(1.17 x 1.07 mm. 1.251q. mm)

1. NULL2. INVERTING INPUT3. NONINVERTlNQ INPUT4. V-5. NULL.. OUTPUT7. V+

For .cidltlonal DICE InformationNf.r to sacuon 2.

WAFER TEST LIMITS at Vs = ±15V, TA = 250 C tor OP-Q2N, OP-Q2G and OP-Q2GR devices; TA = 1250 C tor OP-Q2NT andOP-Q2GT devices, unless otherwise noted.

OP-02NT OP-GZN OP·02GT OP-02G OP-02GAPARAMITeR SYIiBOL CONOlnON. UIlIT LIIiIT UIllT UIlIT UIllT UNITS

Input Offset VOltage Vos Rs S20kO 0.5 3 2 5 mVMAX

Input Offset Current los 5 3 8 5 25 nA MAX

Input Biu Current Ie 50 30 80 50 200 nA MAX

Input VOltage Range lVR :13 :13 :13 :13 :13 VMIN

Common-ModeCMRR

Vca.'" :10V80 85 80 80 70 dB MIN

Rejection Ratio Rs:S 2Ok0

Power SupplyPSRR

Vs '" ±5V to :20V80 80 100 100 150 ,.VIV MAX

Rejec1ion Ratio Rs S20kO

Output Voltage Swing Vo RL~2kO ±12 ±12 :12 ±12 ±12 VMIN

llIrge.SillnalAvo

RL~ 2kO50 100 25 50 25 VlmVMIN

VOltage Gain Vo "':lOV

Po_r Consumption Pd Vo"'OV 90 90 90 mwMAX

NOTE: For 25"C charecterlstics of NT and GT devices. _ Nand G Characteristics, rftpectivety.

Electrical tests are performed at wafer probe 10 the limits shown. Due 10 variations in auemb/y methods and normal yield 10... yield after packaging is notguaranteed for standard product dice. Consult factory 10 negotiate specifications based on dice lOt qualification Ihrough semple lot a_mbly and testing.

TYPICAL ELECTRICAL CHARACTERISTICS at Vs =± 15V, TA =250 C, unless otherwise noted.

PARAIIETER

Input ResistanceDifferential-Mode

Input Noise VOltage

Input NoiseVoltage Density

Input Noise Current

Input NoiseCurrent Density

llIrg..SignalBandwidth

ClOsed-LoopBandwidth

Rlsetime

Overshoot

Average Input OffaetVoltage Drift

Average Input OffsetCurrent Drift

SYII.OL

'n

SR

BW

TCVos

TCIOS

OP-GZNT OP-02GTOP·02N OP-020 OP-020A

CONDITION' TY..,CAL TY..,CAL TY..,CAL UNITS

7.5 7 5 MO

O.lHz to 10Hz 0.85 0.85 0.85 "V~.~

fo '" 10Hz 25 25 25

'0'" 100Hz 22 22 22 nlV....,'HZ

'0" 1000Hz 21 21 21

O.lHzto 10Hz 12.8 12.8 12.8 pAp-~

fo " 10Hz 1." 1." 1."fo " 100Hz 0.7 0.7 0.7 pAl....,'HZ

fo " 1000Hz 0." 0." 0."

0.5 0.5 0.5 VI,.,

Vo= 2OVp-p 8 8 8 kH:t

AVCL a +1 1.3 1.3 1.3 MHz

Av" +1 200 200 200 nsV1N "'5OmV

15 15 15 'l4t

RS " 50002 .. 8 "W"CINotell

7.5 15 30 PAl"C

OP-02 OENERAL-PURPOSE OPERAnoNAL .MPUFIER

BURN-IN CIRCUIT OfFSET NULLING CIRCUIT

-zav

Z~701'·02 •

J V·

-JOV

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

INPUT SPOT NOISEVOLTAGE VI FREQUENCY

lDO1.D 10

IANDWtDTHlkHl1

~~ Vs-·,11V"-I- TA • ..2FC

1./

I

", IfD.D.l

INPUT WIDEBAND NOISE vsBANDWIDTH (0.1Hz TO

FREQUENCY INDICATED)10

VS-:l";~TA-2!I"C

N' I

i~ II :1TV.'CA~

:"\"j,j

.~ il ,

, ,I 'II

i ",. il !!"

INPUT SPOT NOISECURRENT VI FREQUENCY

0.10.Q1 o.,a 1.0 la lDO ,-

FIIEOU(NCV IHII

lDO

vS-:l~1TA-ZSOC .;"

't l • "5" 5OI'l

" TV.'CA~ i'li . '111 .11

., iii ~ I

I II "'iil ' , :

,..'

I:, i I ,, . ,,

a.a' D.la l.a la lDO 'DODFIIECUENCV(HIl

,_

POWER CONSUMPTIONVI POWER SUPPLY

TA"ZS'C:

.I

II

lDOD

I.a'lfT -a sa

TOTA~SUPl'l.V VOLTAGE, V. TO V- (VO~TSI

iE

~ lDO

I" ,a

~

-1-a

, ~

-. -- -

-20 .. .100

TE_IIATURE r'CI-JO

0.11-.1...-i..l-_....L_.....l-_....J._.......J...

DIFFERENTIALINPUT RESISTANCE

VI TEMPERATURE

lDO F - F.· ••· ---~ -1-- ~ - I--- -1---

,al.a

~DAll RESISTANCE TO GROUND 10111

OUTPUT VOLTAGE"LOAD RESISTANCE

I I I ! III

TA.ZS·C I POSITIVE SWINQ

~ V$" "SIV ! I IVV NEGATIVE ~'NG

ill. \ .

, , I

1$\1, IPi , I I

! i! I

'l I'1 !!i

• ,

I', i 11

i i :1,

I,

",.

a0. ,

~u

~ 10

ii •~ .a

-~-0'"02 QENERAL·PURPOII OPERATIONAL AMPLIFIER

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

II

OPIN-LOOP GAINva TIMPIRATURI

I I~.- -- liS· .IIV

~ .........

./ i\. I

~ ~ r-f-- - j -~

I

I-- - ,.... '-

r" I -t-- -r--jo

_ -20 +20 .. -lao -I.TIMPI~"TUIII(-CI

10

OUTPUT SHORT-CIRCUITCURRINT va TIMI.......,.........,~...,.........,~...,..--,- ..........,

I f....is cr

I, li Vs· '1IV .. -

... I I I

.~'" 3D f---(!) V,,,,I'.'" 31. -IOmV. VO. -'511 ­iZl VINI'IN 31· -IOmV. "0. _15V

1--+--+---,"-r -121 ~ I I i

:t ~\I : I

~ 20 ~\~~~'-+-----'-I - -~-+--,--1

E !""'L i l5 I "J. I

1I~..L-.JL.:r:::;j~:t::::::j;::::~~o 1 2 3 •

TIMS '~OM OUTPUT SliNG IHO~TEl) (M''''UTIII

VS •• lav

I I\0P.02..

\ ...~'02I.C

1"'-... ......-I'-

POWIR CONIUMPTION" TIMPIRATURI

•~ -20 +20 •• .'00 ""~

TI....~ ..TU~I rCI

-20 -20 -eo -lao -1~

TEM'I~"TU~I( Cl

INPUT IIAI CURRINTv. TIMPIRATURI

,I

I I,

! , ,,

"- i

"- 1

I .... r-... ~O:IC i......... .........

~02_........ .......-... I

i OP 02E -, 7TI I O'-02A'-

o-eo -20 -20 .. -lao -,.

TEM'E~"TU~E{'CI

70

10

O'-- "-~__....I

_ -20 +20 ~ .,ao -I.

TEMI'I~"TUIIE rCI

INPUT OFFIET CURRINTv. TIMPIRATURI2.1 r--..,.....,.....,.........-r------....,

i 2.0

;il.lr--~----01----_ja;~ 1.0o

i o.s 1--__...:::000""""'=:::--::::....

UNTRIMMID OFFIIT VOLTAGIVI TIMPIRATURI

i 1= Vs' tlSV- 1.10 ~~.. IOn

Iii 1.21

...! l.ao

QQ 0.11

~~ 0.10:»......:J 0.21

§ 0

-40

OPIN-LOOP GAIN v.POWIR SUPPLY VOLTAGI CMRR va FREQUENCY PIRR va FREQUENCY

I I -- ,- T... ZSC.r-_ ~L· loknf.-- I

-'y -......---+-. '",.

, / -V/

f

-.--

120 II ·1 1;,'1111 i i'I', ;

0',02... O,-OlE ' I, ,I,

110~II! 'I

T.. - 25 C

laoi ii I, !i ~ Iti i i

I!9O I "0'-02. 0'·02C

Ii 1\' i'

'" I "'" Il!1Oi I Iii 1\: II I ,I:

I'70

! ",90i ~

Ii Ii ! i[ ,",~I\II I ','II, I.10 I I:

1 '0 lao Ik 10k lOOk

F~EOUENCY IH.'lao lk 10k lOOkF~EOUENCY (H.,

10

, 'II !ill I: II , ! 'I i I IIII1 I !0'-02" • O,-OlE ! " T.. - ZI C r-I-II'IIIIII~ I I:! liS· ·1511

i,

':OP-oa 0'·02C \i II.. "~I

, '! TI1'!i I ! ij

I III' " I

! : , ! I :t! "

,

I ! I,f\ j, I

,j , ,i i :

I !W 'il II,i! N, I

, ,I I!! "

"i

I illill }!ii IIII i [i '

\,,I:ill \.] :J,10

1

10

lao

"0

120

,5 dO "sl'OWE~ SU",L Y (VOL TSI

oo

-8g-OP-02 GeNERAI,.-PURPOSE OPERATIONAL AMPUFIER

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

MAXIMUM UNDISTORTEDOUTPUT va FREQUENCY

OPEN-LOOPFREQUENCY RESPONSE

CLOSED-LOOP RESPONSEFOR VARIOUS GAINCONFIGURATIONS

10 lao

FAIClUINCY 'kHl'

111 1lIl _ 1M _

,1IICIUIflCY '""'

ITA-SC

"vs- .,IIY-

""""'

•

lao

a

-» 10 _

"I I

TA - 2S"C

"VS"liV -

""""

•

110

-400.1 1.0 10 lao Ik 10k lOOk 1M 10M

FAEClUENCY 'HI'lOGO

III ' I; 1'111,I .

T.. - 2S"C. , ,;

vs- .,IIY I! i:"

~j ; 1id;

I! liliII':

\ I! I ii,I ili,'

1\ I, ,I"

, !i!'1: i 1'111

I--I- ' "I

! . iii, I"a

TYPICAL APPLICATIONS

HIGH-8TABILITY VOLTAGE REFERENCE

R3I",,,

A2

a....o J.llkO

·1SV

a>----~--o VOUT' -IOV12

","

AI

l.IkO

FOA A2 • UkO IoNO

~J -8.4kU.

VOUT' 1.51125VZ

IF Vz' a.•v. THEN

VOUT· ·10V

'---------..... V z

6,4V

ABSOLUTE VALUE CIRCUIT

AJ1QkO

ASIQkU

DeSIGN eQUATIONS

EIN IIIlC110

112loo.n

01Fom3

02FOnu

POSITIVE INPUT

1. VA' O. 02 OFF. 01 ON

E • ( -E'NIlJ). (~) • E Al AS2. 0 III A. IN III A4

J. W,dt A1 • AJ := A•• AS: EO· EIN

•. vos «nM' Inctudld: EO· ElN • ZVos

NIGATIVI INPUT

1. 01 OFF. 02 ON

2. ~ - ~~ - AJ ~~4

1 EQ'VA (I -A3~1l4)4. _113 -114 -11&: EQ - 1.1IY..

S. EO __'"2~~AI~; =~31~1~:IN

a. _Ill -1l2-IlJ- A" EQ--E'N

7. VO$--'EQ - -EIN • I.5VOCI - O.svOSl

I. For tliCI'Cft~ Eo·· IEIN4

OP-02 GENERAL-PURPOSE OPERATIONAL AMPUFIER

TYPICAL APPLICATIONS

DAC-oa OUTPUT AMPLIFIER

INPUT/OUTPUT TAIU!

11 12 113 .. I' I' 17 II lamA EoFULL-SCALE

1.992 -9.960EO -1LSB5.OOClkfl

'0 FULL-SCALE0 1.984 -9.920

OAC·OI -2LSB

5.OIofl HALF-SCALEiO+LSB

0 0 0 0 0 0 1.008 -5.~

"::" "::" HALF-SCALE 0 0 0 0 0 0 0 1.000 -5.000

HALF-SCALE0 0.992 -4.960

FOR COMPLEMENTARY OUTPUT OPERATION AS A NEGATIVE-LSB

LOGIC OAC. CONNECT NON-INVERT1NG INPUT OF OP-AMP TO ZERO-SCALE'0 PIN 2>. CONNECT 10 ,PIN., TO GROUND+LSB 0 0 0 0 0 0 0 1 0.0008 -O.~

ZERO-SCALE 0 0 0 0 0 0 0 0 0.000 0.000

1.3

BURR-BROWN~'

IE:lE:lI

Ultra-Low Noise PrecisionOPERATIONAL AMPLIFIERS

FEATURES• EXTREMELY-LOW NOISE

3nV1JHZ at 1kHzSOnY. pop from 0.1 Hz to 10H:

• LOW OFFSET VOLTAGE10~V

O.2~V/ac

• HIGH SPEEDOPA27. 2.8VI~secOPA37. 17VI~S8c

• EXCELLENT CMRR126dB over :tIl VInput

• HIGH GAIN1800V/mV 1125dB)

• FITS OP.~07. OP.Q5. 725. A0510. A0517 SOCKETS

APPLICATIONS• TRANSDUCER AMPLIFIER• LOW NOISE INSTRUMENTATION AMPLIFIER• DATA ACQUISITION PREAMPLIFIER• PHONO AND TAPE PREAMPLIFIER• FAST 01ACONVERTER OUTPUT• WIDE BANOWIOTH INSTRUMENTATION AMPLIFIERS• PRECISION COMPARATOR

DESCRIPTIONLow noise integrated processing. a unique circuitdesign. and advanced wafer level trimming tech­niques are combined in the OPA27 37 to produceanextremely-high performance "instrumentation gradc­operational amplifier.

The OPA27 37 provide superior performance inthree areas - low noise. excellent DC performance.and high speed (OPA37 is stable in gains> 5).

:\oise is typically only 3nV y'1f; at IkHI with anexceptionally low I f corner frequency of :!.7H/.Peak-to-peak noise is just 80nV in a 0.' Hl to IOHIbandwidth.

Offset \oltage is typically just IO~ V and drift is onl~

O.2~ V "C. 125d B open-loop gain is matched with125dB common-mode rejection ratio. Power con­,umption j, only 3mA.

I he ,arne basic or amp comes in two frequcnqcompen,ation \ersiom. The OPA37 is lightly com­pensated and provides 17'1 ~sec ,lew rate and63 M HI gain-bandwidth product. The OPA27 ismore heavily compensated for better frequency'lability in low gain applications. It has a 2.gV ~sc:c

slew rate and an 8M Hl unity gain frequency.

·111

+III

OUTPUT

Inl.n"'CIIlII Alr\lClrt IndUllnll Part· P.O. 101 11400· Tuaan. Anzona 85734 . T.1. 16021 748-1111 . TWI: gIlJ·gsz·ll II . Call1r. BBRCORp· T.I.I: 6fH491

SPECIFICATIONSELECTRICALAl TA: ·25°C and ::Vcc: 15VOC unless oillerw',e nOled.

- ql-

OPAZrmA, OPAZrI3n OIIAZr~.OIIAZr13W OIIAZrIt7C.OIIAZrmG

I'AAAMtlTlJtS CONDITIONS MIN ~ MAX MIN nl' MAX MIN ~ MAX I UNITS

INITIAL CW,.IT VOLTAGI

In,I'a' Offse"" TA '" ·25°C 10 25 20 80 30 100 ,.Va.... Tamparatura A. B. C ·55°C S TA ~ .125°C 30 80 50 200 70 300 ,.VA.erage •• Temperalure A. B. C -55°C ~ TA .. ·'25°CIZ, 0.2 06 03 13 04 18 ,.VfOCO...r Temperalure E. F. G ·25°C '5 TA '5 ·85°C 20 50 40 140 55 22 ,.VA.eraga ., Temperalura E. F. G -250C '5 T. S ·85°CIZ, 02 06 0.3 1.3 04 18 ,.V/oC1.0ng Term StaD,II1yl 31 0.2 10 0.3 15 0.4 2.0 ,.V/moOffset Ad,ualmenl Ranga ~4 mV

INPUT O,,.n CURRINT

In,I'alO"sel ToO '" ~25°C 7 35 g 50 12 75 nAO..r Temperalure A. B. C -55°C ~ ToO s .12SOC 15 50 22 85 30 135 nA

E. F. G ·25°C '5 ToO '5 ·S5°C 10 50 14 85 20 135 nA

INPUT liAS CU""INT

In,".,B,as ToO =.25°C ~ 10 ~4O ~12 :55 :15 :80 nAO.er Temperalure A. B. C -55°C s T. '5 .125°C ~20 ::60 :28 :95 :35 ~15O nA

E. F. G ·25°C S ToO S ·WC ~14 :80 ::18 ::9S :25 :150 nA

INPUTHOIU

VOltage o1Hz 10 1OHZIOli', 008 018 O.og 0.25 ,.V.I)oPVollage Dens,ty '0'" IOHzlo, 3.5 55 38 8.0 nV ~ Hi

'0 =3OHz'o, 3.1 45 33 5.6 nil ~Hi'0: 1000HZ'" 3.0 3.8 32 4.5 nV ~Mi

Currenl Dens,ly 1o : 10HZ"IiI' 1 7 40 pA Ji=li'10 a 3OHZlolil. 10 2.3 IlA,,~10'" loooHZ'41,I, 0.4 0.6 .

pA"Hi'

INPUT .....ITAMeI

Dillerent,al,7) 15 6 12 5 0.8 4 MUCommon·MOde 3 2.5 2 Gil

INPUT VOLTAGI RANoa

In,l,al Inpul Vollage ToO '" ·25°C ::110 ::12.3 . VO.er Temperalure A. B. C ·55°C S ToO '5 '125°C ::10.3 :115 V

E. F. G -25°C '5 ToO '5 ·WC ::10.5 :11 8 V

CO....ON-MODI "LlICTlOH RATIO .

In,llal Re,KI,on Rallo VeM =:11'1 114 126 106 123 100 120 dBO.er Temperalure A. B. C -55°C S ToO '5 -125°C 108 122 100 119 94 116 dBO.er Temperature E. F. G ·25°C '5 ToO '5 ·8SOC 110 124 102 121 96 118 dB

'OWl" SUI'P\.Y "LlICTlOH RATIO

In,lIli Re,Kllon RallO ::Vee '" 4V 10 18V 100 120 94 118 dBO...r Temperalure A. B. C -55°C '5 ToO '5 .125°C 96 116 94 114 86 110 dB

:Vee =4 5'110 18'1O.er Temperalure E. F. G -25°C", T. S .85°C 97 118 96 116 90 114 dB

::Vee =45V 10 18V

LA"OE SIGNAL VOLTAGI GAIN.a,

In,l,al Vollage Ga,n R~ '! 2kll. Vo a =10V 1000 1800 700 1500 V/mYR~ ~ 1kll. Vo a ::1OV 800 1500 V/mVi'lL;? soon. VO'= :tlV. VCJ:, : 1:4'1'" 250 700 200 500 V/mV

O.er Temperalure A B. C ·55°C S T. '5 ·125°C 600 1200 500 1000 300 100 V/mVR~ :;? 2kll. '10 =~ IOV

O...r Temperalure E. F. G -25°C '5 ToO S ·85°C 750 1500 700 1300 450 1000 V/mVR~ ~ 2kll. '10 a ~ 10V

"ATID OUTPUT

In'"al Voltage SWing R~ ? 2kll ::120 ::13.8 ::115 ::13.5 VR~ ~ 60011 ::10.0 ::115 . V

O.er Temperalure A. B. C -55°C '5 ToO '5 ·'25°C ::115 ::13.5 ::11.0 ~13.2 ::10.5 ;':13.0 VR~ ,: 2kll

O.er Temperalure E. F. G ·25°C '5 ToO S ·asoc ::117 ~136 ::11 4 ~13.5 :11 0 :13.3 VR~ ~ 2kll

Oulpul R...slance Open I.00P 70 . II

DYNAMIC "I"'OHSI

Slew Rele OPA27 1 7 2.8 V/,.~

OPA37 11 17 V/,.secGa,n·Bandw'dlll prOdUCI OPA27 5 8 MHz

OPA37 40 MHz

ELECTRICAL (CONT)

OPAl7/37A.OPAl7'37! OPAl7/371t.OPA27137F OPA27,37C,OPA27/37G

PARAMEnRS CONDITIONS MIN TVP MAX MIN TVP MAX MIN TYP MAX UNITS

POWER SUPPl.Y

Rateel VOltaljlll . ,~ vDCVOI1AljlllRange =' • 22 VOC

Current. QUIescent -J :.7 -J J -57 mAPo- ConsumptIOn 90 ,40 100 170 mW

TI~RATURIRANQI

SpeclllcatlOn A,B,C -~~ -'25 'CE, F, G ·25 -8~ 'c

Operating A.B,C -~~ -'2~ 'CE, F.G -25 -85 'C

Storage -65 -'50 ·C

'Specll,catlon same as OPA27/37A ancl QPA27/37E

NOTES: (1) The input offset voltage tests are done on automatic test equipment approximately 0.5 seconds atter power 's applie<1 to the devIce, The A and E gradeshave guaranteed specilications under lull warm up conditions. (21 Offset voltage dnft with temperature specificallon holds tor the unnulled condition or when nulledwith R. '" 8kO to 2OkCl. (3) Long term ollHt voltage stab,lity IS deline<1by an average. extended lime. trend line (Vos vS temp.) alter 30 days 01 initial operation. Asshown in the typ.cal performance curvea. V... Changes approximately 2.!¥,v in thelirst 30 days excluding tl'!e ,nitlal hour at operation. (4) Parameter IS not lOO'1lttested: 9O"lll 01 units meet this spaediCation, (5) see Figures 1and 2. (6) See Figure 1lor current no,se measurement. (7) Parameter is guaranteed by desIgn and ISnot tested, (81 Closed-loop gain ~ 5 ia required lor stability in the OPA37. OPA27 is stable at unity gain.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

NOTES:

7,lmW/oC80"C

....\mum AmbientTampenlturelor Rating

, MaXimum paCkage power dISSIpatIon .s amb,ent temperature.

D......Ab~....lmum Ambiel'lt

Temper.ture

8-Pin HermetIcOIP(Z)

PacUteType

TO·99 J'

2. For supply ,olla.;es less lhan =22V. lhe absolute maxImum Input voltage,s eQual to the supply .ollage

3 To common WIth 1::Vcc '" 15V,4 The Inputs are protected by baCk-la-back dIodes. Current limiting

resistors are not used In order to achIeve lOw nOIse, It differential inputvoltage exceeds ±0.7V, the ,nput current should be limIted to 25mA

Supply Voltage ±22VInternal Power Dissipation(1) 500mWInput Voltage(2) ±22V 'Output Short Circuit Duration '31

••••••••• IndefiniteDifferential Input Voltagel41

•••••••••••••••• ±O.7VDifferential Input Currentl41

••••••••••••••• ±25mAStorage Temperature Range .... -65°C to +1S0°COperating Temperature Range

A. B. C -65°C to +1500CE. F. G -25°C to +85°C

I Lead Temperature RangeI Soldering, 60secl 300°C

ROERING INFORMATION

z TO-99 J SUFFIX 8-PIN HER"Enc OIP

OPA27AZ OPA27EZOPA27BZ OPA27FZOPA27CZ OPA27GZ

OPAXX Y

asic Model Number I IPerformance Grade Code-----A. B. C: -55°C to +125°CE. F. G: -25°C to +85°C

Package Code --J

J =TO-99Z = 8-Pin Hermetic 01 P

OPA27AJOPA27BJOPA27CJ

OPA37AJOPA37BJOPA37CJ

OPA27EJOPA27FJOPA27GJ

OPA37EJOPA37FJ

• OPA37GJ

OPAJ7AZOPA37BZOPA37CZ

OPA37EZOPA37FZOPA37GZ

O.I"F

VOlTAlE IWIITOTAL: 5lU1ID

HTE: ALL CA'ACITOI VALUE. AlE FOIIlOIPOLAlIZED CAflACITOI._Y.

120

:> 80

=: 400Z 0•f ..co> -80

-120

LOW FREQUENCY NOISE

O.lHZ to 10Hz Peak·to-Peak Noise

FIGURE I. 0.1 Hz to 10H1. Noise Test Circuit.

MECHANICAL

FIGURE 2. Low Frequency Noise.

TO-99 PACKAGE a·PIN HERMETIC DIP

F:~,"J" SUFFIX, "Z" SUFFIX,

r-"-.L- 11

• ....., ,....., ....., ,-,J. c

•

~ 1L/-I II ,Jr I• J

II I11_~ \..,l....J l....J '-'......,SO;!.I'''~ '''iPIet\1t .1. 0

~IiWf-iJ*A, 'OrJ,

.Et.f\\ .. "'T . .... .t ~ L. ~ ~ H-l J J

• • I'}...

'Y' .J Q ~ J~o Ill....- ~-....l

I~C"ES MILLIMETERS NOTE: IHeMES MILLIMETERS NOTE:DIM MI~ MAX MI~ MAX Le.ds in true position within OlM Ml~ MAX MIN MAX Le.ds in true poSItion wlthi nA 335 J 10 8 ~, 9.0 0.10' 10.25mml R at MMC at A .In .40' .... 10.11 0.10' '0.25mm I R .t MMC .t8 JO~ JJ~ 1 7r~ 8 ~1 se.ling pl.ne. • •••• .1" '.11 •••• seating pl.ne.c 'n 18':,) .,4 • '0 Pin numbers shown for C .140 ."0 •••• 4.'0 016 01' 0.' o ~J D .011 .011 0.•• 0.'. Pin m.ter;.1 .nd pl.ting

I 0'0 0.0 o 211! , 02 reference only. NumbeB m.y p- .04 . .0'. ,., ,.. composition conform to, 0'0 0.0 02'. 10/ not be m.rked on package. • .100 '''Iac 1.14 .".,e Method 2003 'solder.billty',. 200 8451C: OJ 08 84SlC " - .0" - 1.4 of MIL-STD-883 except~ 028 OJ. 001 086 .001 .011 O.la v.aa p.ragrapn 3.2'.

029 o.s 0·. 1 I. .110 - '.Ia -, --I-- Pin m.terl.' and plaling ."0 .110 ,.. '.1• ~OO __" I- -- composition conform to O· ,.. o· ,..

L 110 160 2 19 .06 .. .00' .0'0 0.1' ,..... 4!:1° BASIC .'10 84S'C; Method 2003 I solder.bility IIt .11 .". '.1 4.•,

" 09S 10~} ., 26' of MIL-STO-883 except

par.grapn 3.2'.

PIN CONFIGURATION

'jFFSET TRIM

-IN

+IN

-Vee

OFFSET TRIM

+Vee

OUTPUT

NO INTERNALCONNECTION

-Vee,CASE,

,TOPVIEW,

8-PINOIP

-gs-

TYPICAL PERFORMANCE CURVESITA. +25"C. ~VCC· 15VOC un-. ocnet.... notedl

-I\.

'--

-\ .... I

\ !i".,,

Ilf Cotner • 2. 1Hz . ,. ,

! I ~ : I

II

I i ' I"

I

IIH)OO10 1M

Frequency' Hz I

A COMPARISON OF OP AMPVOLTAGE NOISE SPECTRUMS

,00~~!~7~"'I~§J~ ~rtttttt--++ttt1l1

:>c~ 10~="=",""""Z•~a>

, I, i

""7ln_rum.nUbOnTAucllO RMgeRe • 10 DC 10 20lcHz .

1000

VOLTAGE NOISE VSFREOlIENCY

10 100fr~,Hz.

0.1HZ TO 10Hz. H NOISE TESTERFAEQUENCVRESPONSE

INPUT WIDEBAHD VOLTAGE NOISE VSBAHOWIDTH (0.1Hz TO FREQUENCY INDICATED,

10 100R1

~~HRs -2A1

I I

Ii~

~At 10Hz

AI 1kHZY R_stor No'H Only

l.--1' II "II~

VOLTAGE NOISE VSTEMPERATURE

5 r--'''--T---r---r---,--.---,

1-50''=""--~2S::--0~-=2S:--50=---::7=5--:'-=00::-~'25

Temperature'oC

~ .. t-.....,~-+--:-:-:-:::-:"--+::::;IO"""':.....,.....~

'"Source Re..slance ·11 .

TOTAL NOISE vsSOURCE RESISTANCE

I

100

~.....>c

:'0oz.."5...

1000.01 ~"""""..lollO,,=,"""''''''''

0.1

4515 25 35TOlal Supply Voltage V

3

41---+---t--::-'--:-::::':":"'1

2t-'-:7"'"t---t---t---"'1

SUPPLY CURRENT VSSUPPLY VOLTAGE

5. ,----r----r----r----,

...0 -<

E

C~

5u,.,Q.Q.~

en

CURRENT NOISE vSFREOUENCY

~ "·~~II~:~~~'0~"~I~'?1=l~0.

..... .... At 10Hz

- Allk...Z

1 I

VOLTAGE NOISE VSSUPp\.Y VOLTAGE

: 3oz&•~ 2>

o 10 20 30 40TOlal Supply Vollaoe -vee - -vee v

5

OFFSET VOLTAGE DRIFTOF REPRESENTAfivE UNITS

LONG TERM DRIFT OFREPESENTAfiVE UNITS WARM-UP DRIFT

60

5, 2 3 4TIme After Powe, 0" minutes

OPA27/37C & G

V-- IOPA27/37B& F

/ .L'".~

~I-' OPA27/37A&E

V-

Vo

>.... 10

'"~o>OJ~(5:;0..::c:..'"c..<=U

76

~r-'" -v ....... :- ...

- ... - ..- ... ....-......"'-

~ -........,- --

64

~ 2~ 0~ ·2~-4i~a 6': 4

&2i 0~

U -2-4-6

o

OPA27137CVI~~2717R

r--. ~ VI t I

..... ~~~271~7A

~ l/ ~ ~pk71378OPA27/]7A

~""'J.. I I~- OPA27137A

~-r--~J I I......... OPA271378

~Tnmm"'9 wtt" ......... I I II-'1Ok Pot don nol ""J I If- c"a"Oa TfVOS

OPA27/37CI I -I'

.75 -SO -2S 0 25 50 75 100 125150 175Tamperalura JOC·

40

> 20~

•~ 0'6>! -20a:0-40

-q6-OFFSeT VOLTAGE CHANGEDUE TO THERMAL SHOCK

INPUT BIAS CURRENTVS TlMPERAT\JRE

INPUT OFFSET CURRENTvs TEMPEAAT\JRE

, ~A27137C,",~~ r-.... to-

",OPA27137B

-- .....OPA27137A

I Io~ ~~ 02550 ~ 100125

Temper8lure tOC,

50

"

1'1\r\OPA27137C

~

I'~~ .... '1"-0"", OPA27137B

1"-0""" ... .... I..::lJ I I I

iii13rio~ ~ 0 25 50 ~ 100125150

Tem.,.,.ure, °C·

.401j30!5(J

J20

ioS 10

50

!

TA- TA - +70"C250C I

NI-..... t-"-!.T...I-.....

~ II-.....

I ,Device ImmerMd

.- in 7O"C 011 Battl

~30

l25~>120g- 15

l.5 10

f• 5a!!::J 0),20 0 20 40 eo IQ 100< Timet_del

OPEN-LOOP GAIN VSFREOUENCY

SLEW RATE. GAIN BANDWIDTH PRODUCT.PHASE MARGIN VS TEMPERATURE

GAIN. PHASE SHIFTVS FREQUENCY

10

..1:

9~'gg

a~=I•71Dci

"6125

... -,.........

r-aBW OPA27-.

--I-Siew...

50

i 4

~>

3;CI:

I 2en

-75 -50 -25 0 25 50 75 100Temperature, ·C

10 100 111 10111001I 1M 10M 100MFf*!uency IHZ I

""""""-I'... OPA27

"""I'.

"'"""""""

110

10

-101

130

I--.....r\. Rl." 2kl1

~ OPA37

f\.I\.'~

\

SLEW RATE. GAIN BANDWIDTH P~OOUCT

-200

-22010010 10

Frequency, MHZ

MAXIMUM OUTPUT SWINGvS ~ESISTIVELOAD

1'..1' OPA3'"

1'1' •~

Plla..Gam \ .....gln. \

.. 71°C

II : \ =5Aile

i \,

o

GAIN. PHASEVS FREQUENCV

80

50

10

-1001

c::

t3 20

..%:

85~II

80':'

75 i::I

70 t;

6S~80et

~

55 .~t

SO~•45 CD

40~5 <.:l

t-- OP~7_~ .M

~~

r- "'-~r--

GBW-... -- I""'"-SlaJ-

50 -2$ 0 ..25 "50 ·75 "100 .12

MAXIMUM UNDISTORTEDOUTPUT VS FREQUENCV

Temperalure'oC

.. PHASE MARGIN VS TEMPERAT\JRE180~ 75~C 70Q~85:I

180

f55

i 30

~ 25>.20

~ 15

: 10en -

OPEN-LOOP GAINVS FREQUENCY

OPEN-LOOP VOLTAGE GAINVS SUPPLV VOLTAGE

10 102 1()3 lOt loa 101 107 101Fr*!uency ,Hz,

~ 120ci 100

"t 80'0> 80~o~ 40

to 20

o1

1010Load Reslslance .11

':I :

-POSlllve

~na I"""', "'t"/ elf lillie

//SWing

(/

18

16

14

> 120>5: '0ten 8'5~6o 4

2

o·2

10M 0110k lOOk 1MFrequency Hz

"'"" "'"" T ....~~ -~ I

~

"".- ,.'!I;

roo+-I I: .

II.-

!to-

i ,I: I OPA37.-OPA27 , :i ii '1

r- ,, ,tI\

'I "I

I-'.!l

"""~

1-1-

28

o50 lk10 20 30 40

TOlal Supply Vollage V

~~lIn

/V Rl.'=lI1H. ..-~

~V'/

o

25

> 2.0~

:>j15

"Q.

~ 10.::!0

05

Time .....c: 1

IIOP~

oAyCL ••1

3

SMAUSIGNALTRAHSlENT RESPONSE

o 1 2Ayt\. ••1, ~ • 159F OP~7

Time, I'MC 1

00 IOP~7

/'~;:::

- V'

V40

/ i I20 V.. -1QOmV-

V1

Ay· .1

I I

0 i

SMALL SIGNAL OVERSHOOTvs CAPACITIVE LOAD

500 1000 1500 2000 2500eap.elti.. LlMd l pF'

0 0.•Ay ••5 ~·25pF OPA37

Time ' ....c:'

COMMON-MODE INPUTRANGE VS SUPPl..Y VOLTAGE

16

12

~ 8..Clc

4•cr•'8 0~c ...0EE -80U

·12

·160 :::20

PSRR vS FREQUENCY

101l()O 1~ 101FrllQuenCV HZ

T,me 'I'MC'

CMRR vs FREaUENCY.....I

I- ~II

f-

" Vc

!,~tIT:iI:'I

- I

o 1<37I

~DPA2! ~ :

I-

f\!

~i60103

80

120

140

SHORT CIRCUITCURRENT VS TIME

500 1000 1500 2000 2500 3000Cal)aCiti... LlMd I pF

OPEN·LooP VOLTAGEGAIN VS LOAQ RESISTANCE

"- ·Iso·'

I'::r-..:....L"'-

ISCI+l

I I I I

f--V",.2Om\'~PA371

o.cillaliOn

~~

./

,//

1/20

°

eo

.(50e

SMALL SIGNAL OVERSHOOTVS CAPACITIVE LOAD

120

100

10° 1 2 3 4 5Time from Oulpul Shonecl to Ground mInutes

v/

II

~

~

I--POSltl~ Negatove

~UPPIYSupply

~~

r0:

160

o1 10 102 103 l()O 105 101 101 10'

FrllQuency Hz

~14O

o~ 120cr§ 100v!-80cr-5:60Q.~

<J) 40

io 20t4

10010 10Load R_slanee ._II,

2.4:> 2.2..:> 2.0

~ 18

<; 18Cl

~ 14o~ 12

8 10.....C:&.0.8

o O.b

0.40.1

UNITY GAIN BUFFER APPLICATIONS-OPA27

Figure 5 shows the output waveform shape when thefeedback resistor, Rr, is less than lOon and the inputvoltage is a fast rising large signal greater than IV. Thebreak voltage appears as "feedthrough" and results from

APPLICATION INFORMATIONThe OPA27; 37 are ideally suited for general purpose orhigh performance low voltage noise applications whereinput impedances are moderate. These amplifiers fitdirectly into the sockets of the 72S, OP-oS, OP~6, OP­07, ADSIO. and ADSI7 without changing compensationor nulling components. Typical 741 nulling circuitry,however, will require modification (or removal if notneeded) as shown in Figure 3.

Stable operation is inherently provided with capacitiveloads up to 2000pF at ±IOV output swing, but a series50n decoupling resistor should be used with largercapacitances.

In high performance low noise applications. it is impor­tant to observe proper PC board layout techniques suchas short runs to the input pins and substantial groundconnections converging at a single point. Also, to achievethe specified. drift. car.efuJ attention must be paid tominimizing thermoelectric voltages resulting from dis­similar metals at the pin contacts. Best results can beobtained by maintaining equal temperatures at bothinput contacts which are equal to the temperature of thepackage. Also a S-minute warm-up and minimization ofair currents are recommended.

IMPUT

+

FIG URE 4. Offset :"I ulling Circuit.

-ga-

OUTPUT

I 4.7kll lkll POT Uk I! I0 ....... VA l/'th 0...

1+

+Vce

2.lV/jO"

FIGL RE J. Higher Resolution :\ulIing Circuit.

OFFSET VOLTAGE ADJUSTMENTThe OPA27/ 37's input offset voltage and drift withtemperature have been precisely trimmed internally. atthe time of manufacture. but should a refinement intrimming be necessary. a potentiometer (see Figure 4)can be used without degrading tlVos/ .1temp. A minordegradation in drift (0.1 to O.2~V/0C) will occur. how­ever. if other values from IkO to IMO are used. Alsotrimming a nonzero value will result in an additionaldrift of Vos/ 3OO~V/°C. For example. an adjustment ofVos to loo~V will cause a 0.33~V/°C drift change.Higher resolution in Vos adjustment can be realized by asmaller potentiometer value plus series resistors as shownin Figure 3 (+280~V adjustment range shown).

FIG URE 5. Pulsed Operation.

the conduction of the input protection diodes whicheffectively shorts the output to the input. A short circuitcurrent is then drawn by the input source. When thefeedback is greater than 5000. the output is capable ofdriving the required current (less than 20mA at lOY) andthe amplifier remains in its linear region producing asmooth transition.

All op amps have input capacitance, so the feedbackresistor in combination with this causes a pole to begenerated which gives an additional phase shift. Greaterthan 2kO and 8pF adversely reduces the phase margin,but this problem can be eliminated with a 20pF to SOpFcapacitor in parallel with R I .