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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wieder mal ein unerklärliches Problem: OP-Amp-Schaltung


Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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Hallo zusammen,

Kann man einen NE5532 in folgender Schaltung

http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:Op-sp...

dazu benutzen, ein Piezo-Mikrofon um Faktor 20 zu verstärken?
(Signal soll ein PIN eines Atmega8 triggern)

Ich habe es jedenfalls heute mal probiert.

Die Schaltung 1:1 nachgebaut - R2 = 100KOhm und R1 = 4,7K (wegen 
Verstärkungsfaktor 20)- Und, mangels -5V habe ich den Vcc- einfach
an Masse des Netzgerätes angeklemmt und Vcc+ an 5V.



Seltsamerweise kam am Ausgangs-PIN dann immer die Eingangsspannung
Vcc+ (abzüglich paar zehntel Volt, weil das anscheinend kein Rail
to Rail ist) an. Sogar, wenn ich das Mikro abgeklemmt habe, kam
hinten nicht, wie erwartet Null heraus, sondern diese hohe Spannung.
Müsste da nicht NULL heraus kommen, wenn man nichts anklemmt?

: Verschoben durch Admin
Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Die Schaltung 1:1 nachgebaut ...
aber
> mangels -5V habe ich den Vcc- einfach
> an Masse des Netzgerätes angeklemmt und Vcc+ an 5V.
und dann wunderst du dich, das es nicht mehr geht?
Du hast durch deine geänderte Versorgung irgendeine Schaltung 
nachtgebaut, aber nicht die aus dem Link. Das ist dir doch hoffenlich 
klar? Wieso meinst du, dass du irgendwo irgendeine Spannung anschliessen 
könntest, und das dann gehen sollte?
Was hättest du getan, wenn die Batterie extra als Bauteil eingezeichnet 
worden wäre? Einfach die Minus-Seite kurzgeschlossen?

Lies dir doch unbedingt noch einmal den Grundlagenartikel zum Thema 
OpAmp durch.
Und dann sieh dir das Datenblatt zum verwendeten OpAmp an. Diese 
Bauteile sind in der Realität gar nicht so sehr ideal, wie man immer in 
den Büchern liest.

Autor: MichiB (Gast)
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>Kann man einen NE5532 in folgender Schaltung
>
>http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:Op-sp...
>
>dazu benutzen, ein Piezo-Mikrofon um Faktor 20 zu verstärken?

Nein, da der Eingangswiderstand des OPAMPs recht klein ist, ein paar 
kOhm.
Mit der Eigenkapazität des Mikrophons, ein paar pF, bildet dieser einen 
Hochpass von ein paar kHz.

Autor: yalu (Gast)
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Folgendes könnte ebenfalls wissenswert sein:

- Die Versorgungsspannung des NE5532 muss mindestens ±5V betragen. Wenn
  du ihn nur mit einer positiven Spannung betreibst (also -VCC=GND) muss
  +VCC mindestens +10V sein.

- Der Eingangsspannungsbereich reicht bis etwa 2V an die Versorgungs-
  spannungen heran. Wenn du den OPV an 10V und GND betreibst, muss die
  Eingangsspannung im Bereich 2V bis 8V liegen. 0V sind nicht möglich.

- Auch der Ausgangsspannungsbereich reicht nur bis etwa 2V an die
  Versorgungsspannungen heran. Wenn du den OPV an 10V und GND betreibst,
  kann die Ausgangsspannung nur zwischen 2V und 8V liegen. 0V sind auch
  hier nicht möglich, und die möglichen 2V sind als Low-Pegel für den
  ATmega8-Eingang zuviel (die Grenze liegt irgendwo bei 1,3V).

- Der Piezo hat einen sehr hohen DC-Widerstand, wahrscheinlich größer
  als der Eingangswiderstand des NE5532. Wenn du den Piezo also direkt
  an einen OPV-Eingang schaltest, bestimmt nicht der Piezo die
  Eingangsspannung, sondern der interne Aufbau des OPV. Du musst also
  (bspw. mit einem Spannungsteiler) die Ruhespannung am OPV-Eingang
  vorgeben. Diese muss natürlich innerhalb der spezifizierten Grenzen
  liegen (s.o.).

Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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Hm. Ich hätte nicht gedacht, dass das mit den OP-Amps so kompliziert
ist. Habe irgendwo mal gelesen, dass es kein Problem wäre, den Vcc-
auf Masse zu legen.

>- Der Piezo hat einen sehr hohen DC-Widerstand, wahrscheinlich größer
>  als der Eingangswiderstand des NE5532. Wenn du den Piezo also direkt
>  an einen OPV-Eingang schaltest, bestimmt nicht der Piezo die
>  Eingangsspannung, sondern der interne Aufbau des OPV. Du musst also
>  (bspw. mit einem Spannungsteiler) die Ruhespannung am OPV-Eingang
>  vorgeben. Diese muss natürlich innerhalb der spezifizierten Grenzen
>  liegen (s.o.).

Da die OP-Amp-Eingänge laut Wiki idealerweise sehr hochohmig sein
sollten, dachte ich, dass man einfach eine Spannung anlegen müsste,
und die würde dann erstens verstärkt und zweitens impedanzgewandelt
werden.


>- Auch der Ausgangsspannungsbereich reicht nur bis etwa 2V an die
>  Versorgungsspannungen heran. Wenn du den OPV an 10V und GND betreibst,
>  kann die Ausgangsspannung nur zwischen 2V und 8V liegen. 0V sind auch
>  hier nicht möglich, und die möglichen 2V sind als Low-Pegel für den
>  ATmega8-Eingang zuviel (die Grenze liegt irgendwo bei 1,3V).

Wenn ich einen Rail-To-Rail-OPAMP hätte, wäre dieses Problem aber
beseitigt oder?

Es reicht mir schon aus, wenn ich aus den 0,2V Wechselspannung die
mein Piezo bring, irgendwie 4-5V gemacht werden, damit ich so einen
Eingang meines AVRs triggern kann.
Geht das denn überhaupt mit einem OPAMP , wenn man nur +5V und GND
zur Verfügung hat?

Wenn nicht, müsste ich die Schaltung aus
Beitrag "Schaltungs- Knobelei für Experten"
irgendwie anpassen.
Würde es hier ausreichen, den BC547 mit den dazu gehörigen
Widerständen zu benutzen? Oder brauche ich den ganzen Flip-
Flop-Kram hinten auch? Ich würde sagen nein, bin mir aber
nicht sicher.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Da die OP-Amp-Eingänge laut Wiki idealerweise sehr hochohmig sein
> sollten
"Ideale" sind "höchste Ziele" und können nur selten erreicht werden ;-)
Meist gibt es einen Kompromiss (Verstärkung, Bandbreite, Eingangs- und 
ausgangsimpedanz, Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich, Rauschen...).
Aber das steht dann wie gesagt im Datenblatt...

> Wenn ich einen Rail-To-Rail-OPAMP hätte, wäre dieses Problem aber
> beseitigt oder?
Wenn du einen unipolar versorgten Wechselspannungsverstärker hast, liegt 
die Ausgangsspannung im Bereich um Vcc/2. siehe 
Operationsverstärker-Grundschaltungen Abschnitt "Betrieb mit 
einfacher Versorgungsspannung" Damit könntest du dann einen ADC oder 
einen Komparator ansteuern. Für einen "normalen" Eingangspin muss da 
noch was getan werden.

Das wäre mein erster Ansatz:
    o Vcc
    |
   .-.
   | |
   | |1k
   '-'                                                Vcc
    |                                                  o
    o-----------------------------------------.        |
    |                                         | OPA2340|
    |        Piezo        OPA2340             |      |\|
    |        ||           |\       1u         '------|-\
    o--------||-----------|+\       ||   4148        |  >----- uC
    |        ||           |  >---o--||--o->|--o----o-|+/
    |                  .--|-/    |  ||  |     |    | |/|
    |                  |  |/     |      |     |    |   |
    |                  |         |      |     |    |   |
    |            ___   |   ___   |      |     |    |   |
    o-----o-----|___|--o--|___|--'      -    ---  .-.  |
    |     |       47k       1M      4148^    ---  | |  |
   .-.    |+                            |     |   | |  |
   | |   ---                            |     |   '-'  |
   | |1k ---100u                        |     |    |   |
   '-'    |                             |     |    |   |
    |     |                             |     |    |   |
    '-----o-----------------------------o-----o----o---'
          |                                 100n  100k
         ---

  Offset            Verstärker    Gleichrichter    Komparator

Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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Danke für den schönen Schaltplan!


Den OPA2340 bekommt man leider anscheinend nur als S08. Habe
noch nie SMD gelötet.

Dein Plan hat noch mal deutlich mehr Bauteile als der
aus den Beitrag "Schaltungs- Knobelei für Experten" .
Wobei letzterer ja schon bewährt ist. Wie gesagt, stellt sich
mir noch die Frage, ob ich auf den Flipflop-Kram verzichten könnte.

Vielleicht probiere ich beide Schaltungen einfach mal aus.

Oder gibt es schon fertige Platinchen für Klatschschalter,
die man mit 3-5V unipolar betreiben kann?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> ob ich auf den Flipflop-Kram verzichten könnte.
Mein Plan ist ganz was anderes.
> damit ich so einen Eingang meines AVRs triggern kann.
Du hast einen uC, damit kannst du auf die FFs verzuichten.

> fertige Platinchen für Klatschschalter
Dass du einen Klatschschalter willst, hässtes du gleich am Anfang 
schreiben können. Dein eigentlicher Wunsch war:
>> ein Piezo-Mikrofon um Faktor 20 zu verstärken?

Für einen Klatschschalter am uC können der Transistor und die 
zugehörigen drei Widerstände aus 
Beitrag "Schaltungs- Knobelei für Experten" direkt an einen 
(Interrupt-)Pin des uC angeschlossen werden. Fertig.

BTW:
Du solltest für spätere Posts deine Informationspolitik verbessern. 
"Salamitaktik" (die nötigen Infos nur auf Nachfrage und Scheibchenweise) 
fördert die Zielfindung nicht.

Autor: Jens G. (jensig)
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@  Lothar Miller (lkmiller)

>Das wäre mein erster Ansatz: .....

Also in diesem Schaltplan würde ich noch den +Eingang des ersten OPV mit 
der Mittenspannung verbinden (1k-1k-Spannungsteiler), und zwar über 
hochohmigen R. Sonst geht das Ding auch bloß wieder auf Anschlag.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Karl-alfred Römer: Was für ein Mikro und oder Piezo oder gar Elektret 
hast Du denn jetzt genau? Nur wenn man das weiß, kann man eine Schaltung 
anbieten. Vielleicht brauchst Du ja nichtmal aktive Bauelemente, sondern 
kannst den ADC des ATMegas benutzen. Aber wer weiß...

Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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Das Piezo ist ein Conrad 712918-62. Es geht nicht wirklich um einen
Klatschschalter, sondern das Mikrofon wird in ein Kunststoffgehäuse
eingebaut. Wenn mit einem anderen harten Gegenstand das Gehäuse
berührt wird, soll der entstandene Körperschall das Signal triggern.

Ihr kennt das vielleicht noch aus der Schule : Man hält sein
Ohr direkt auf die Schulbank. Plötzlich wird jedes kleinste
Klopfgeräusch oder Kratzen auf der Schulbank zum monströsen
Krach.  Diesen Effekt will ich nutzen.  Dazu habe ich das
Mic genau in das Gehäuse eingebaut, in dem ich es später
auch verwenden will. Das habe ich dann an den Oszi angeschlossen
und ähnliche Berührungen und Kratzen gemessen, wie es später
auch vorkommen soll.
Zarte Berührungen, die aber auch schon mitgemessen werden sollen,
können aber auch 0,05V oder weniger haben, sagt mein Oszi
Ich denke mal, die Schwelle, ab der eine Trigger kommen sollte,
wäre so zwischen 20 und 50mV. Würde ich die Schwellen noch niedriger
ansetzen, könnte der vorhandene Luftschall (Straßenverkehr) schon
Trigger auslösen.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Das Ding kannst Du fast direkt an den ADC anschließen, ohne zusätzliche 
Verstärker. Siehe hier: 
Beitrag "LED mit Hammer einschalten"

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Karl-Alfred,

was du brauchst ist ein "single supply" Operationsverstärker mit sehr 
geringen Eingangsruheströmen. Probiers mal mit einem TLC272. Vergiß 
nicht am Eingang einen 1MOhm Widerstand nach Masse zu schalten, damit 
die Eingangsströme abfließen können. Schalte zusätzlich mindestens einen 
Widerstand von 100kOhm zwischen Piezo und Opamp-Eingang, damit 
Überspannungen vom Piezo nicht den OPamp zerstören.

Kai

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Den Op-Amp braucht´s nicht. Der ATMEGA ist sensibel genug.

Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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Aus Stromsparensgründen (das läuft alles mit Knopfzellen) nutze ich 
ausgiebig den Sleep-Modus. Soweit ich weiß, kann der ADC aber keine
Interupts auslösen. Also müsste der Wandler abgepollt werden. Und
das geht halt nicht im mit Sleep-Modus.

Ich werde erst er mal mit dem BDC547, weil davon heute paar hier
angekommen sind. Mal gucken, das da hinten raus kommt.

Wenn das nicht so klappt wie es soll, probiere ich Kais Vorschlag
mit dem TLC272 aus.  Irgendwann wird schon irgendwas funktionieren,
denke ich mal:)))

Danke an euch alle!!!

Autor: Karl-alfred Römer (karl-alfred_roemer)
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>Für einen Klatschschalter am uC können der Transistor und
>die zugehörigen drei Widerstände aus Beitrag "Schaltungs-
>Knobelei für Experten" direkt an einen (Interrupt-)Pin des
>uC angeschlossen werden. Fertig.

Habe es eben freiluftverdrahtet und es funktioniert. Leider
hatte ich keinen passendes Poti, so dass ich einfache Widerstände
nehmen musste. Hatte für den oberen zuerst den 10KOhm. Aber
das hat irgendwie nicht geklappt. Habe dann einen 220K genommen
und es klappt. Allerdings kommt im Ruhezustand eine Spannung,
die irgendwo zwischen min und max ist. Was aber klar ist.
Ich denke mal, dass der BC547 ohne Geräusche sehr hochohmig
ist und man dann quasi eine Reihenschaltung aus dem 1M und dem
220 K Widerstand hat. Demnach müsste die Ruhespannung entsprechend
aufgeteilt werden, wenn ich das richtig verstanden habe.

Zur Verfeinerung werde ich wohl doch noch ein Poti organisiern,
damit ich die Empfindlichkeit optimieren kann. Derzeit ist es
noch so, dass sehr leichte Berührungen noch nicht detektiert
werden. Erst ab sanftem antippen mit einem Filzstift wird der
INT0 ausgelöst.
Und es ist ein unterschied, ob ich das Kunststoffkästchen von der
Seite oder von vorne berühre. Das ist wohl das größte Problem,
denn es soll alles detektiert werden.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wieviel Strom verbraucht deine Schaltung? Der TLC27L2 verbraucht nur 
20µA!

Kai

Autor: Jens G. (jensig)
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>Und es ist ein unterschied, ob ich das Kunststoffkästchen von der
>Seite oder von vorne berühre. Das ist wohl das größte Problem,
>denn es soll alles detektiert werden.

irgendwo mußt Du eine Grenze definieren, denn was heist denn "alles". 
Willst Du deine Katze schnarchen hören? Oder soll das Ding wirklich nur 
auf mehr oder weniger extreme Geräusche reagieren.
Wenn das Teil feinhörig sein soll, dann schalte einen Micro-Verstärker 
hinters Micro ...

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