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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsschutz


Autor: Gast (Gast)
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Hi

ich wollte in meiner Schaltung vor den OPV (+)Eingang einen 
Überspannungsschutz einbauen. Die Eingangsspannung kommt direkt aus 
einem Frequenzgenerator, der mir Spannungen bis 10Vpp und Frequenzen bis 
10MHz liefert, die ich auch voll ausschöpfen wollte. Die 
Betriebsspannung meines OPVs sind +/- 15 V (rail to rail).

Wie kann ich den Überspannungsschutz nun am besten realisieren ? Reichen 
Z-Dioden aus ?

Habe auch etwas von 2 Transistoren mit vorgeschalteten und 
nachgeschalteten Widerstand gelesen, aber nicht verstanden. Könnte mir 
das jemand plausibel erklären ?

Wäre für Eure Hilfe echt dankbar :-)

Autor: Klaus (Gast)
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Je nach Schaltung kannst du direkt am Eingang nicht viel machen. Zeig 
mal die Beschaltung her. Wenn am +-Eingang noch ein Widerstand dran ist 
(wie ich das vermute) dann ist es am Besten wenn du die Schutzmassnahmen 
vor diesem Widerstand triffst (z.B. Dioden zu positiver und negativer 
Versorgungsspannung).
Aber ganz ohen Schaltung kann man wenig helfen.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> ich wollte in meiner Schaltung vor den OPV (+)Eingang einen
> Überspannungsschutz einbauen. Die Eingangsspannung kommt direkt aus
> einem Frequenzgenerator, der mir Spannungen bis 10Vpp und Frequenzen bis
> 10MHz liefert, die ich auch voll ausschöpfen wollte. Die
> Betriebsspannung meines OPVs sind +/- 15 V (rail to rail).
>
> Wie kann ich den Überspannungsschutz nun am besten realisieren ? Reichen
> Z-Dioden aus ?a

Die Dioden benötigen noch zusätzlich einen Widerstand zur 
Strombegrenzung. Ich vermute, Du realisierst einen 
50-Ohm-Eingangswiderstand der Schaltung, damit Du Impedanzanpassung 
hast. Dann sieht eine gangbare Lösung folgendermaßen aus:
                       |+15V
                       |
                      ---
                      / \ D1
              R        |
------*----|||||||-----*-------- OPAMP (+)
      |                |
      |               ---
     ###              / \ D2
 51  ###               |
     ###               |-15V
      |
      |
     GND

D1 und D2 sollten Schottky-Dioden sein. Die Spannungsversorgung solltest 
Du zusätzlich Du mit einer Zener- bzw. Überspannungsschutzdiode gegen 
Masse vor Überspannungen sichern.
Oft sind D1 und D2 auch schon im OPAMP integriert.


Gruß,
  Michael

Autor: Gast (Gast)
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Danke für Eure antworten :)

Schottky Dioden sind den Z-Dioden vorzuziehen wegen wesentlich 
schnellerem Schaltverhalten? oder gibt es einen anderen Grund?

Wonach muss ich bei der Auswahl der Schottky- Diode achten ?
- Reverse Voltage ? Wenn also meine maximale Eingangsspannung 10Vpp sind 
muss ich doch eine Schottky Diode mit 5V Reverse Voltage nehmen ? Gibt 
es diese überhaupt? Habe bei rsonline nur 30V gefunden.

-Reverse recovery time ist nehm ich mal an die Schaltzeit?

-Wie habe ich den Vorwiderstand zu dimensionieren?

Fragen über Fragen ^^

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Schottky Dioden sind den Z-Dioden vorzuziehen wegen wesentlich
> schnellerem Schaltverhalten? oder gibt es einen anderen Grund?
Das eigentliche Problem bei den Zenerdioden ist, daß sie in beide 
Richtungen eine Diode sind. In der einen Richtung haben sie eine 
Flußspannung von 0,7V, in die andere Richtung die angegebene 
Zenerspannung.

> Wonach muss ich bei der Auswahl der Schottky- Diode achten ?
> - Reverse Voltage ? Wenn also meine maximale Eingangsspannung 10Vpp sind
> muss ich doch eine Schottky Diode mit 5V Reverse Voltage nehmen ? Gibt
> es diese überhaupt? Habe bei rsonline nur 30V gefunden.
Nimm irgendeine Standarddiode, z. B. BAV99. Das ist eine Doppeldiode.
Aufpassen mußt Du auf die Reverse-Voltage. Die beträgt bei Dir maximal 
30V. Die BAV99 hält 80V aus.

> -Reverse recovery time ist nehm ich mal an die Schaltzeit?
Es ist eine der Schaltzeiten.

> -Wie habe ich den Vorwiderstand zu dimensionieren?
Du mußt auf mehrere Dinge aufpassen:
1) der Spannungsteiler aus dem Vorwiderstand und der Eingangskapazität 
des OPV darf keinen störenden Tiefpaß bilden.
Typische Eingangskapazitäten liegen bei 2-5pF.
2) Der Widerstand soll den Strom effektiv begrenzen.
3) Der Widerstand darf nicht zu viel rauschen (bei 15V-Signalen gar kein 
Problem)

Ich würde in Deinem Fall an 330 Ohm denken.


Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wie kann ich den Überspannungsschutz nun am besten realisieren ?

Eventuell brauchst du gar keinen, weil der OPamp bereits intern 
geschützt ist. Was für einen OPamp willst du denn verwenden?

>Habe auch etwas von 2 Transistoren mit vorgeschalteten und
>nachgeschalteten Widerstand gelesen, aber nicht verstanden. Könnte mir
>das jemand plausibel erklären ?

Lies mal hier:

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Leider wird oft nicht erwähnt, daß der Basis Kollektor pn-Übergang viel 
viel viel langsamer ist als eine Schaltdiode und kaum zum Schutz vor 
schnellen Störungen taugt.

>Schottky Dioden sind den Z-Dioden vorzuziehen wegen wesentlich
>schnellerem Schaltverhalten? oder gibt es einen anderen Grund?

Die Schottky-Dioden (oft gehen auch normale Siliziumdioden) zu den 
Versorgungspannungen schützen ganz anders als die Zenerdioden nach 
Masse. Oft wird verlangt, daß die Eingangsspanung nicht größer sein darf 
als die Versorgungsspannung, dann hilft dir bei ausgeschalteter 
Versorgungsspannung eine Zenerdiode am Eingang nicht viel. Deswegen wird 
oft die Technik von Michael verwendet, die die Eingangsspannung gegen 
die Versorgungspannungen klemmt.

>Ich vermute, Du realisierst einen 50-Ohm-Eingangswiderstand der
>Schaltung, damit Du Impedanzanpassung hast.

Stimmt das? Arbeitest du in 50 Ohm Technik?

Kai Klaas

Autor: Gast (Gast)
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Vielen lieben Danke Euch :)

Aber ein paar Fragen stellen sich mir wieder ^^

Und zwar was genau ist eigentlich die Reverse Voltage ?

"Der Widerstand soll den Strom effektiv begrenzen...Ich würde in Deinem 
Fall an 330 Ohm denken" <--- Wie kann ich den berechnen ?

Überspannungsschutz: "Eventuell brauchst du gar keinen, weil der OPamp 
bereits intern geschützt ist. Was für einen OPamp willst du denn 
verwenden?" <--- den LM7171

"Arbeitest du in 50 Ohm Technik?" <--- Was ist damit gemeint ?

Sorry für die vielen Fragen. Bin noch nen ziemlicher Newbie^^. Aber es 
macht mir Spass, deswegen will ich soviel wie möglich wissen :)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Überspannungsschutz: "Eventuell brauchst du gar keinen, weil der OPamp
>bereits intern geschützt ist. Was für einen OPamp willst du denn
>verwenden?" <--- den LM7171

Komisch, das Datenblatt sagt nur etwas über die maximale "Differential 
Input Voltage". Dann solltest du schauen, daß deine Schaltung keine 
+-10V zwischen den Eingängen produziert.

>Und zwar was genau ist eigentlich die Reverse Voltage ?

Das ist die Sperrspannung.

>"Der Widerstand soll den Strom effektiv begrenzen...Ich würde in Deinem
>Fall an 330 Ohm denken" <--- Wie kann ich den berechnen ?

Einmal begrenzt du damit den Eingangsstrom, der im Überlastfall in die 
Schottkydiode fließt und andererseits bildet der Widerstand mit den 
Eingangskapazitäten ein Tiefpaßfilter. Bei 10pF Eingangskapazität und 
330 Ohm hast du bei 10MHz einen Abfall von ca. 0,2dB, was noch 
akzeptabel ist. Es müssen aber noch die anderen Widerstände vor dem 330 
Ohm Widerstand berücksichtigt werden.

>"Arbeitest du in 50 Ohm Technik?" <--- Was ist damit gemeint ?

Das ist eine Methode, mit der du Hochfrequenzsignale zwischen Chips oder 
Geräten transportieren kannst, ohne daß es starke Verluste oder 
Reflektionen auf der Verbindungstrecke gibt. Dazu brauchst du am Anfang 
und Ende der Leitung zwei Anpaßwiderstände (Terminierung), die exakt dem 
Wellenwiderstand der Leitung entsprechen. Bei einem 50 Ohm Kabel sind 
das ein 50 Ohm Serienwiderstand am Ausgang und ein 50 Ohm Lastwiderstand 
am Eingang, letzteres so wie von Michael gezeigt.

Der Nachteil die Wellenwiderstandsanpassung ist, daß eigentlich nur 
relativ kleine Signale übertragen werden können, weil sonst die 
Signalströme sehr groß werden. Bei 10Vpp in deiner Anwendung bin ich mir 
da nicht so sicher, ob da wirklich 50 Ohm Technik im Spiel ist.

Nun ja, letztlich hängt das vom "Pflichtenheft" deiner Anwendung ab. 
Wenn das Ganze in 50 Ohm Technik aufzubauen ist, brauchst du eben den 50 
Ohm Eingangswiderstand.

>Sorry für die vielen Fragen. Bin noch nen ziemlicher Newbie^^. Aber es
>macht mir Spass, deswegen will ich soviel wie möglich wissen :)

Kein Problem, wer nicht fragt bleibt doof!

Kai Klaas

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