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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Seltsames Phänomen mit Spannungsfolgerschaltung


Autor: Antal 377 (antal)
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Hallo,

vielleicht kann mir jemand weiterhelfen, mir sind meine Ideen nämlich 
bereits ausgegangen (muss dazu sagen, dass ich relativer 
Elektronikanfänger bin).


Zunächst mal zur Situation:

Ich habe eine Filterschaltung, die zwei Kanäle (also zwei Eingänge, zwei 
Ausgänge) besitzt. Die Filterung bzw. der Signalweg ist in beiden 
Kanälen absolut identisch. Am Ausgang habe ich jeden Kanal jeweils mit 
einem Spannungsfolger (OP: je ein TL071, versorgt mit +/-5V) versehen, 
da die Filterschaltung einen Ausgangswiderstand von mehreren kOhm und 
das anzuschließende Gerät leider einen niederohmigen Eingang hat. 
Aufgebaut, Ausgang gemessen mit Oszi, klappt. Für beide Kanäle.


Dann mein Problem:

Leider ist das Signal noch zu stark gestört. Daher habe ich noch einen 
10nF Kondensator parallel zum Ausgang (sprich: paralel hinter den 
jeweiligen Spannungsfolger) geschaltet. Ergebnis für den ersten Kanal: 
Super! Aber im zweiten Kanal geht der OP des Spannungsfolgers nach 
Anschließen des Kondensators (selbst bei Eingangssignal = 0V) in die 
Sättigung (sieht aus wie verzerrtes Sinussignal von 280 kHz...eine 
Frequenz, die nirgends in der Schaltung vorkommt).

Testweise habe ich die beiden OP's zwischen Kanal 1 und 2 einfach mal 
ausgetauscht - aber das Problem bleibt im zweiten Kanal, während Kanal 1 
weiter korrekt arbeitet.

Dann ist mir aufgefallen, dass (wenn der Kondensator am Ausgang liegt) 
bei Kanal 2 am Pin "Offset N1" ebenfalls ein Signal anliegt, welches wie 
das in die Sättigung gehende Ausgangssignal aussieht (?!!!). Also habe 
ich, da ich keinen Offsetabgleich brauche, den Punkt (und später ebenso 
"Offset N2") einfach auf Masse gelegt. Ergebnis: Kanal 2 liefert jetzt 
quasi gar kein Ausgangssignal mehr.

Verbindungen sind geprüft. Kein Kurzschluss am OP von Kanal 2. OP's 
können nicht defekt sein, da sie ohne parallel liegenden 
Ausgangskondensator in beiden Kanälen korrekt arbeiten (sowie in Kanal 1 
auch mit parallel liegendem Ausgangskondensator).



Was kann da das Problem sein?
Impedanzwandler sind aufgebaut wie hier (Schaltbild): 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:Op-sp...

(Bild stammt aus 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operations...)


Danke für alle Lösungsvorschläge!

Antal

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Antal,

...sieht aus wie verzerrtes Sinussignal von 280 kHz

vermutlich schwingt die Schaltung.

...Daher habe ich noch einen 10nF Kondensator parallel zum Ausgang 
(sprich: paralel hinter den jeweiligen Spannungsfolger) geschaltet

Direkt am OP-Augang einen Kondensator gegen Masse schalten ist etwas 
unüblich. Damit erzeugst Du für höhere Frequenzen ein Kurzschluss. Dem 
TL071 habe ich meist 600 Ohm, aber nicht viel weniger, zugemutet. Nach 
meinen überschlägigen Berechnungen haben 10nF bei ca. 27KHz schon 600 
Ohm. Bei 280 Khz nur noch weniger als 60 Ohm. Das dreht die Phase, so 
dass aus der Gegenkopplung eine Mitkopplung wird.

Man kann vom Ausgang mit einem Widerstand diesen Kurzschuss vermeiden 
und danach erst den Kondensator gegen Masse schalten. Damit hast Du ein 
definiertes RC-Glied mit leicht berechenbarer Grenzfrequenz. Allerdings 
steigt somit der Ausgangswiderstand der Verstärkerstufe.

Bleibt weiter noch die Filterschaltung zu verbessern. 2.Ordnung auf 3. 
Ordnung usw.

Gruss Klaus.

Autor: JensG (Gast)
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Grundsätzlich: fast jeder normale OP fängt an zu schwingen wie bei Dir 
bzw. wird instabil, wenn er direkt am Ausgang einen etwas zu groß 
geradenen C sieht. Von daher sollte man dies immer vermeiden.
Was meinst du denn mit "... Leider ist das Signal noch zu stark gestört 
..." ?
Was ist denn das für eine Art Störung?

Autor: Antal 377 (antal)
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Vielen Dank an euch so weit schonmal für die Erklärungen. Die genauen 
Zusammenhänge muss ich mir zwar nochmal durchlesen, aber es klingt 
einleuchtend.

Was mich nur irritert ist, dass einer der beiden gleich aufgebauten 
Kanäle so mit parallelem Kondensator funktioniert und der andere nicht - 
Zufall bzw. Glück?


"...Man kann vom Ausgang mit einem Widerstand diesen Kurzschuss 
vermeiden
und danach erst den Kondensator gegen Masse schalten..."
Ich muss den Ausgangswiderstand leider so klein wie möglich halten, von 
daher bleibt wohl nur die zweite Möglichkeit, die Ordnung der 
Filterschaltung zu erhöhen (was aber aus Platzgründen sehr eng werden 
wird).

"...Was meinst du denn mit "... Leider ist das Signal noch zu stark 
gestört
..." ?..."
Die Filterschaltung besteht unter anderem aus einem "Switched 
Capacitor-Filter", der das Eingangssignal quasi intern mit hoher 
Frequenz abtastet. Der dazu benötigte Takt schlägt sich etwas auf das 
Signal nieder, weshalb das Ausgangssignal aus dem SC-Filter einen etwas 
eckigen Verlauf hat, den ich mit einem anschließenden Tiefpass 1.Ordnung 
+ dem parallelgeschalteten Kondensator wieder glätten wollte.

Autor: holger (Gast)
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>Was mich nur irritert ist, dass einer der beiden gleich aufgebauten
>Kanäle so mit parallelem Kondensator funktioniert und der andere nicht -
>Zufall bzw. Glück?

Schau mal nach ob bei dem Kondensator vieleicht eine Seite
nicht richtig angeschlossen ist ;)

Autor: Antal 377 (antal)
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holger wrote:
> Schau mal nach ob bei dem Kondensator vieleicht eine Seite
> nicht richtig angeschlossen ist ;)

Hehe, zuzutrauen wäre mir so etwas zwar, aber der ist definitiv dran. 
Man kann am Oszi auch wunderbar die Filterwirkung sehen, wenn ich ihn 
anlöte: Ohne = ca. 16mV Rauschen + Taktdurchgang Spitze-Spitze, mit 
Kondensator = ca. 6mV Rauschen + Taktdurchgang Spitze-Spitze.

Autor: JensG (Gast)
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na dann mache doch ein ganz normales RC-Glied am Ausgang (also nicht nur 
C), und danach einen Impedanzwandler als Abschluß (kann ein normaler OP 
mit v=1, oder ein als Emitterfolger geschalteter Transistor), so daß Du 
auf den niedrigen Ausgangs-R kommst. Oder paßt das nicht mehr rein?

Autor: reflection (Gast)
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Vielleicht geht es bei einem gerade noch. Die Kondensatoren haben ja 
meist eine Toleranz von 20% oder mehr.

Gruss

Autor: crazy horse (Gast)
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immer besser, einen C in die Gegenkopplung zu legen.
Gibt prima Simulationsprogramme für solche Sachen. Mach den Kram am 
Ausgang weg und setze einen Kondensator (aus dem Bauch geschätzt 100pF) 
vom Ausgang zum -Eingang. Sollte erstmal prinzipiellen Erfolg bringen, 
genauen Wert dann mittels Simulationsprogramm, empirisch oder zu Fuss 
berechnen ermitteln.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Antal,
wie wäre mit einer Induktivität statt einem Widerstand? Bei 100uH bist 
Du bei 280KHz dann bei 175 Ohm
Gruss Klaus.

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