Balun mit LM833

ul5255 schrieb:
> Der Generator hat einen sehr
> niederohmigen Ausgang.

Warum belastest du ihn dann so hochohmig?
Um welchen Frequenzbereich geht es?

foo schrieb:
> ul5255 schrieb:
>> Der Generator hat einen sehr
>> niederohmigen Ausgang.
>
> Warum belastest du ihn dann so hochohmig?
> Um welchen Frequenzbereich geht es?

200Hz bis 620kHz. Hochohmig, um den Generator nicht zu belasten. Bei 
hohen Frequenzen macht der Balun was er soll. Komischerweise aber bei 
niedrigen Frequenzen nicht ... bei 5kHz sollte doch VSWR etc. keine 
Rolle spielen.

BALUN klingt ja schon mal recht funksachverständig, WENN
man den Begriff NICHT für eine aktive Schaltung benutzt...

Was du von deiner Schaltung zeigst, erklärt zwar nicht den
geschilderten Frequenzverlauf, aber:

Ein symmetrisch belastender Differenzverstärker hat immer
4 (!) Widerstände:

(*) 2 mit gleichem Wert am + und - Eingang in Richtung Signalquelle.

(*) Und 2 mit gleichem Wert, einer vom + Eingang nach Masse
    und einer vom - Eingang zum Ausgang.

ul5255 schrieb:
> aber in der Praxis
> ist der Pegel am Ausgang vom LM833 sehr frequenzabhaengig,

Ich tippe darauf, daß das Problem nicht der 833 ist, sondern dass dein 
D2155 einen Schuss hat.
Vielleicht erzeugt der Generator eine verzerrte Wellenform, oder er ist 
nicht so symmetrisch, wie du glaubst.
Vielleicht funktioniert auch die Spannungsmessung nicht korrekt.
Auf jeden Fall solltest du das einmal mit einem 2-Kanal-Oszilloskop 
kontrollieren.

Wenn es sich herausstellt, dass das Problem doch beim 833 liegt, dann 
solltest du uns nicht nur eine Skizze, sondern den vollständigen 
Schaltplan und am besten auch ein Foto des Aufbaus präsentieren und 
natürlich Meßwerte, die das Problem quantifizieren.

P.S.:
Hier gibts das Manual, leider ohne Schaltplan, zu deinem Siemens Dings, 
falls du darin Fehler suchen musst: 
http://www.arimi.it/wp-content/Strumenti/Siemens/K2155.pdf

foo schrieb:
> Auf jeden Fall solltest du das einmal mit einem 2-Kanal-Oszilloskop
> kontrollieren.

ja, das werde ich heute Abend einmal machen. Das interessante ist ja, 
dass wenn ich die symmetrischen Ausgaenge des Tracking Generators mit 
den symmetrischen Eingaengen des Empfaengerteils einfach ueber Kabel 
verbinde, dann zeigt der D2155 konstant 0dB Pegel ueber den gesamten 
Frequenzbereich an. Vielleicht kompensiert der Empfanegerteil ja einen 
potentiellen Pegelabfall im Tracking-Generator? Ich melde mich wieder.

Bernie schrieb:
> BALUN klingt ja schon mal recht funksachverständig, WENN
> man den Begriff NICHT für eine aktive Schaltung benutzt...
>

Warum? Zirkulatoren/Isolatoren kann ich doch auch aktiv aufbauen.
Zum Beispiel hier: http://www.qrp.gr/circulator/index.htm
Ich denke, Du vermischst Konzept mit Implementierung.

> Was du von deiner Schaltung zeigst, erklärt zwar nicht den
> geschilderten Frequenzverlauf, aber:
>
> Ein symmetrisch belastender Differenzverstärker hat immer
> 4 (!) Widerstände:
>
> (*) 2 mit gleichem Wert am + und - Eingang in Richtung Signalquelle.
>
> (*) Und 2 mit gleichem Wert, einer vom + Eingang nach Masse
>     und einer vom - Eingang zum Ausgang.

ich habe das nochmal durchgerechnet:


allgemein:

1

                         R2

2

                         ___

3

                   +----|___|-----+

4

                   |              |

5

                   |              |

6

           R1      |     +12V     |

7

           ___     |   |\|        |

8

   U1  ---|___|----+---|-\        |

9

           ___         |  >-------+----

10

   U2  ---|___|----+---|+/

11

                   |   |/|

12

           R3      |      -12V

13

                  .-.

14

                  | | R4

15

                  | |

16

                  '-'

17

                   |

18

                   |

19

                  -+-  GND

Widerstand f. U2: R_u2 = R3 + R4
Widerstand f. U1: R_u1 = R1 / (1 + R4 / (R3 + R4))

Wenn ich symmetrische Eingangswiderstaende haben will, setze ich
der Einfachheit halber R3 = 0 an und komme auf:

R_u2 = R4
R_u1 = R1 / 2
Vorteil: R2 kann ich variabel lassen und so die zu meiner Schaltung
passende Verstaerkung einstellen.


Fuer Deine Angaben waeren R1 = R3 = RA und R2 = R4 = RB, richtig?

1

                         RB

2

                         ___

3

                   +----|___|-----+

4

                   |              |

5

                   |              |

6

           RA      |     +12V     |

7

           ___     |   |\|        |

8

   U1  ---|___|----+---|-\        |

9

           ___         |  >-------+----

10

   U2  ---|___|----+---|+/

11

                   |   |/|

12

           RA      |      -12V

13

                  .-.

14

                  | | RB

15

                  | |

16

                  '-'

17

                   |

18

                   |

19

                  -+-  GND

und damit:
R_u2 = RA + RB
R_u1 = RA / (1 + RB / (RA + RB))

Das wird unter der Bedingung RA = SQRT(2) * RB symmetrisch, oder?
Damit bist Du aber auf eine Verstaerkung fixiert.

ul5255 schrieb:
> Ich bin mir nicht sicher, ob ich dem Generator
> wirklich 78k balanciert anbiete.

Nein, das tust du nicht, aber es sollte dem Siemens-Teil auch nichts 
ausmachen.

Die Eingangswiderstände siehst du leicht, wenn du in Gedanken 
asymmetrisch ansteuerst, also den jeweils anderen Eingang an Masse 
legst.

Für den (+) Eingang ist das leicht: Da hast du nur die 39kOhm. Den 
parallel liegenden sehr hohen Eingangswiderstand des OpAmp kann man 
vernachlässigen.
Die Spannungsverstärkung dort beträgt dann 1+39k/78k =1,5   *)

Am (-) Eingang des OpAmp ensteht ein virtueller Nullpunkt, wenn man den 
(+)-Eingang auf Masse legt.
Der Eingangswiderstand von dort beträgt also 78k und die Verstärkung 
-39k/78k  = -0,5.

An diesen Zahlen kannst du leicht erkennen, dass du weder einen 
Differenzverstärker gebaut hast, noch dass die Belastung gegenüber Masse 
symmetrisch ist.

Normalerweise dürfte aus dieser Unsymmetrie aber keine 
Frequenzabhängigkeit resultieren und schon gar nicht bei den tiefen 
Frequenzen.



*) P.S.:
Ich hoffe doch stark, dass das ein k für Kilo-Ohm sein soll, und nicht 
etwa ein R für Ohm !!!

foo schrieb:
> ul5255 schrieb:
>> Ich bin mir nicht sicher, ob ich dem Generator
>> wirklich 78k balanciert anbiete.
>
> Nein, das tust du nicht, aber es sollte dem Siemens-Teil auch nichts
> ausmachen.
>
> Die Eingangswiderstände siehst du leicht, wenn du in Gedanken
> asymmetrisch ansteuerst, also den jeweils anderen Eingang an Masse
> legst.
Ist diese Analyse denn legitim (symmetrischen Verstaerker unsymmetrisch 
ansteuern)? Ich habs vorhin nochmal mit meiner Schaltung durchgerechnet 
und komme auf 78k symmetrisch, d.h. jeder Eingang hat 39k. LTSpice 
stimmt mir auch zu. Ich versuche mal, die Rechnung einzuscannen und 
hochzuladen.

>
> Für den (+) Eingang ist das leicht: Da hast du nur die 39kOhm. Den
> parallel liegenden sehr hohen Eingangswiderstand des OpAmp kann man
> vernachlässigen.
stimme zu.

> Die Spannungsverstärkung dort beträgt dann 1+39k/78k =1,5   *)
hier komme ich nicht mit. Kannst Du mir diesen Schritt bitte etwas 
genauer erklaeren?

>
> Am (-) Eingang des OpAmp ensteht ein virtueller Nullpunkt, wenn man den
> (+)-Eingang auf Masse legt.
> Der Eingangswiderstand von dort beträgt also 78k und die Verstärkung
> -39k/78k  = -0,5.
stimme zu.

>
> An diesen Zahlen kannst du leicht erkennen, dass du weder einen
> Differenzverstärker gebaut hast, noch dass die Belastung gegenüber Masse
> symmetrisch ist.
>
> Normalerweise dürfte aus dieser Unsymmetrie aber keine
> Frequenzabhängigkeit resultieren und schon gar nicht bei den tiefen
> Frequenzen.
sehe ich auch so.

> *) P.S.:
> Ich hoffe doch stark, dass das ein k für Kilo-Ohm sein soll, und nicht
> etwa ein R für Ohm !!!

"k" steht fuer Kilo-Ohm, haette ich klarer schreiben sollen, sorry

ul5255 schrieb:
> Ich versuche mal, die Rechnung einzuscannen und
> hochzuladen.

hier der Scan. Ich hoffe, es ist lesbar.

ul5255 schrieb:
>> Die Spannungsverstärkung dort beträgt dann 1+39k/78k =1,5   *)
> hier komme ich nicht mit. Kannst Du mir diesen Schritt bitte etwas
> genauer erklaeren?

habe nochmal darueber nachgedacht: Wenn der "-" Eingang auf Masse liegt,
muesste doch der Ausgang des OPV in die Begrenzung laufen, weil der OPV 
versucht, den "-" Eingang auf das gleiche Potential wie den "+" Eingang 
zu ziehen, oder?

an "foo (Gast)":
Vielen Dank fuer den Input bisher. Hier noch die LTSpice Dateien, falls 
Interesse besteht.

V(n001) ist der (noch unsymmetrische) Eingang, V(n005) die Spannung 
ueber dem Load. Das hatte ich vergessen zu schreiben.

Kai Klaas schrieb:
> Und wo ist der zweite 78k Widerstand??

Welcher zweite 78k Widerstand? Die Schaltung hat zwei 39k und einen 78k. 
Die Erklaerung, warum das so ist, habe ich als PDF weiter oben 
angehangen.

Kai Klaas schrieb:
> Und warum hast du da drei Spulen in deinem Ausgang? Soll das ein
> normaler Ausgangsübertrager sein?

Das ist eine Kruecke, um symmetrische Signale fuer den Eingang zu 
erzeugen. Ich haette auch zwei Spannungsquellen reinmachen koennen, die 
180Grad phasenversetzt sind, aber ich habe nicht gewusst, wie ich ein AC 
Analyse von 1Hz - 10MHz in LTSpice starten kann, bei der LTSpice beide 
Spannungsquellen gleichzeitig sweept.

Kai Klaas schrieb:
> Egal, was du da berechnet hast, der zweite 78k Widerstand muß hin.

wenn ich den zweiten Widerstand 78k in LTSpice reinmache (ich nehme an, 
Du erwartest ihn zwischen unterem Ende von L3 und "+" vom LM833, dann 
geht der Ausgangspegel auf die Haelfte zurueck. Das obige Design geht 
auf eine Notiz in der CQ DL von Frank Sichla zurueck (ca. 2009: 
symmetrische Auskopplung bei z.B. NE602). Ich hab das fuer meinen Fall 
durchgerechnet und komme zum gleichen Ergebnis wie er. Ich lasse mir 
gern erklaeren, was an der Rechnung falsch ist. Bis dahin stehe ich aber 
zu meiner Rechnung, die ja auch durch die Simulation gestuetzt wird.

ul5255 schrieb:
> wenn ich den zweiten Widerstand 78k in LTSpice reinmache ... dann
> geht der Ausgangspegel auf die Haelfte zurueck.

Ja, ist so. Wenn Du das nicht willst, musst Du alle Widerstände gleich 
groß machen.

ul5255 schrieb:
> Das obige Design geht
> auf eine Notiz in der CQ DL von Frank Sichla zurueck

Kann sein, ist trotzdem Schrott. Ein Differenzverstärker braucht nunmal 
alle 4 Widerstände: 
http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Differenzverst.C3.A4rker_.2F_Subtrahierverst.C3.A4rker

Du hast den Sonderfall mit R3 = 0, dabei aber eine schlechte 
Gleichtaktunterdrückung. Siehe den Text unter den Formeln.

ul5255 schrieb:
>> Die Spannungsverstärkung dort beträgt dann 1+39k/78k =1,5   *)
> hier komme ich nicht mit. Kannst Du mir diesen Schritt bitte etwas
> genauer erklaeren?

Das ist einfach:
Aufgrund der Gegenkopplung und der hohen Leerlaufverstärkung sorgt der 
OpAmp ja dafür, dass die Spannungsdifferenz zwischen seinen beiden 
Eingängen nahezu 0 beträgt.

Wenn du also z.B. +1V an den (+)Eingang anlegst, muss der Ausgang auf 
+1,5V gehen, damit der Spannungsteiler aus 39k und 78k am (-)Eingang 
auch +1V erzeugt und die Differenz wieder 0 ist.
Diesen Zusammenhang kann man sich natürliche auch hübsch in eine Formel 
verpacken ;-)

Timm Thaler schrieb:
> schlechte
> Gleichtaktunterdrückung

Danke, Timm. Ich glaube, nun ist der Groschen gefallen.
Ist diese Zusammenfassung richtig: Wenn ich eine Umsetzung
von symmetrisch auf unsymmetrisch bei guter Gleichtakt-
Unterdrueckung machen will, muss ich Richtung Instrumenten-
Verstaerker gehen? Andere Schaltungen haben entweder ungleiche
Eingangs-Widerstaende, schlechte Gleichtakt-Unterdrueckung
bzw. das Problem, die Gegenkopplungswiderstaende nicht gut
genug matchen zu koennen (ebenfalls schlechte Gleichtakt-
unterdrueckung).

Kai Klaas schrieb:
> Wie sieht die exakte Ersatzschaltung deiner
> Quelle aus? Übertrager? Elektronisch symmetriert? Welche Quellimpedanz?

Hallo Kai,
Lt. Manual:

Balanced output
source impedance (as per IEC-Publ. 403): approx. 0 ohms
output impedance (as per IEC-Publ. 403): approx. 0 ohms
output balance for Z <= 150 ohm in the range of 200Hz to 620kHz: >= 40dB
output balance for Z = 600 ohm in the range of 200Hz to 100kHz: >= 40dB

Der Ausgang hat einen dicken Uebertrager, Sekundaerwicklung ist erdfrei.

Ich werde heute abend mal einfach zwei gleiche Widerstaende von den 
Ausgangs-Buchsen gegen Masse klemmen und dann mit dem Oszi hochohmig das 
Signal abgreifen. Dann kann ich ja beobachten, was der Tracking 
Generator bei unterschiedlicher (aber symmetrischer) Belastung an Pegel 
ueber den Frequenz-Bereich 200Hz - 620kHz liefert.

Ein weiteres Experiment waere, mal mit einem Instrumenten-Verstaerker zu 
testen. Ich habe noch ein paar INA155 in der Bastelkiste. Die haben zwar 
"nur" 550kHz Bandbreite bei Gain = 10 (was auch schon zi viel ist ...), 
aber fuer einen Versuch laesst sich das ja schnell zusammenloeten.

Danke nochmal an alle, die bisher geholfen haben.

Liebe Forenten,
ich habe nun die Ausgaenge vom Tracking-Generator beide mit je 33kOhm 
gegen Masse belastet. Dann mit Oszi Tastkopf 1:10 (vorher kalibriert) 
ueber den Widerstaenden gemessen, waehrend ich die Frequenzen von 200Hz 
bis 660kHz durchgedreht habe. Ergebnis: Beide Ausgaenge liefern einen 
konstanten Ausgangs-Pegel ueber den gesamten Bereich.
Als naechstes werde ich mir nun einen INA155 Balun zusammenfrickeln.

Du kannst Dir auch einen Instrumentenverstärker mit 2 oder 3 LM833 
zusammenfummeln, der dürfte dann schneller sein. Wenn Du die Widerstände 
aus einem Rail nimmst, dürften die auch einigermaßen matchen.

ul5255 schrieb:
> Der Ausgang hat einen dicken Uebertrager, Sekundaerwicklung ist erdfrei.

Das ist schonmal eine wichtige Aussage, die aus den Daten nicht 
hervorgeht.
Wenn du diesen Ausgang mit einer so unsymmetrischen Schaltung, wie in 
deinem ersten Post gezeigt, belastest, dann ist es mit der Symmetrie 
jedenfalls vorbei.

>Die haben zwar "nur" 550kHz Bandbreite bei Gain = 10

Das entspricht ungefähr einem Gain-Bandwidth-Product von 5,5MHz.
Der LM833 ist da doch etwas schneller, auch wenn man berücksichtigt, 
dass von den 16MHz wohl nur etwa 8..10MHz übrigbleiben, wenn man einen 
InAmp draus macht.

Wichtig für das Großsignalverhalten ist die Slew-Rate, die beim 833 
7V/µs und beim INA nahezu gleiche 6,5V/µs beträgt.
Bei 620kHz sind damit gut 10Veff möglich.

P.S.:
foo schrieb:
> Bei 620kHz sind damit gut 10Veff möglich.

Beim INA155 natürlich nicht, weil der die dafür benötigte Speisespannung 
gar nicht aushält. Damit sind nur etwa 5Vss, entsprechend 1,7Veff, 
möglich.

ul5255 schrieb:

> Bernie schrieb:
>> BALUN klingt ja schon mal recht funksachverständig, WENN
>> man den Begriff NICHT für eine aktive Schaltung benutzt...
>>
>
> Warum?

Weil man i.d.R. spricht, um verstanden zu werden. "Balun"
als Bezeichnung für eine aktive Schaltung ist (in meinem
Sprachraum) nicht üblich. Darüberhinaus...

> Ich denke, Du vermischst Konzept mit Implementierung.

... ist die Implementierung eines aktiven Baluns unter dem
Namen "Differenzverstärker" bzw. "Instumentationsverstärker"
seit mehreren Jahrzehnten bekannt.

Es geht mir auf die Nerven, wenn bekannte und bewährte
Dinge alle Nase lang unter neuem Namen angepriesen werden.

ul5255 schrieb:

> Der Ausgang hat einen dicken Uebertrager, Sekundaerwicklung
> ist erdfrei.

Ach so.

Einfach mal eine Seite der ERDFREIEN Wicklung zu erden,
um den symmetrischen Ausgang in einen unsymmetrischen zu
verwandeln, das geht ja nun mal gar nicht: Unsportlich.
Viel zu einfach.

Possetitjel schrieb:
> Einfach mal eine Seite der ERDFREIEN Wicklung zu erden,
> um den symmetrischen Ausgang in einen unsymmetrischen zu
> verwandeln, das geht ja nun mal gar nicht

das geht komischerweise wirklich nicht: Das habe ich bereits 
ausprobiert. Und zwar sowohl mit meiner Schaltung dazwischen als auch 
ohne. In beiden Faellen sinkt der Pegel bei niedrigen Frequenzen stark 
ab. D.h. selbst wenn ich einen Ausgang direkt mit einem Eingang verbinde 
und den anderen Ausgang auf Masse lege. Wenn ich das jetzt aber so 
niederschreibe, kann ich mich nicht mehr erinnern, ob ich die zweite 
Eingangs-Buchse eigentlich auch auf Masse gelegt habe. Oh ohh ... muss 
ich heute nochmal probieren.

Possetitjel schrieb:
> Es geht mir auf die Nerven, wenn bekannte und bewährte
> Dinge alle Nase lang unter neuem Namen angepriesen werden.

Tut mir leid

Possetitjel schrieb:
> ... ist die Implementierung eines aktiven Baluns unter dem
> Namen "Differenzverstärker" bzw. "Instumentationsverstärker"
> seit mehreren Jahrzehnten bekannt.

Da hast Du Recht. Damit ich nicht wieder ins Fettnaepfchen
trete: Wie heisst denn eigentlich das umgekehrte
aktive Ding (Un->Bal)? OpAmp mit symmetrischen Ausgaengen, ...?

ul5255 schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Einfach mal eine Seite der ERDFREIEN Wicklung zu erden,
>> um den symmetrischen Ausgang in einen unsymmetrischen zu
>> verwandeln, das geht ja nun mal gar nicht
>
> das geht komischerweise wirklich nicht: Das habe ich bereits
> ausprobiert. Und zwar sowohl mit meiner Schaltung dazwischen
> als auch ohne.

Hmm. Das ist merkwürdig. Das müsste funktionieren.

> In beiden Faellen sinkt der Pegel bei niedrigen Frequenzen
> stark ab. D.h. selbst wenn ich einen Ausgang direkt mit
> einem Eingang verbinde und den anderen Ausgang auf Masse lege.
> Wenn ich das jetzt aber so niederschreibe, kann ich mich nicht
> mehr erinnern, ob ich die zweite Eingangs-Buchse eigentlich
> auch auf Masse gelegt habe. Oh ohh ...

:-)

Wäre ja durchaus nachvollziehbar: Zu den niedrigen Frequenzen
hin sinkt die Kopplung über die unvermeidlichen Streukapazitäten
stark ab; dadurch bricht der Pegel ein.

Wenn das Gerät nicht defekt ist (wie schon vermutet wurde),
muss es möglich sein, einen unsymmetrischen Ausgang herzustellen,
indem man eine Seite erdet. Ich sehe keinen Grund, warum das
nicht gehen sollte.

ul5255 schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Es geht mir auf die Nerven, wenn bekannte und bewährte
>> Dinge alle Nase lang unter neuem Namen angepriesen werden.
>
> Tut mir leid

Naja. Schwamm drüber.

> Possetitjel schrieb:
>> ... ist die Implementierung eines aktiven Baluns unter dem
>> Namen "Differenzverstärker" bzw. "Instumentationsverstärker"
>> seit mehreren Jahrzehnten bekannt.
>
> Da hast Du Recht. Damit ich nicht wieder ins Fettnaepfchen
> trete: Wie heisst denn eigentlich das umgekehrte
> aktive Ding (Un->Bal)? OpAmp mit symmetrischen Ausgaengen, ...?

Ja. "Symmetrischer Ausgang" würde ich sagen.

"Gegentakt" ist was anderes, und "Vollbrücke" auch. "Symmetrischer
Ausgang" ist schon richtig, denke ich.

Wie fast immer, wenn etwas nicht geht: Das Problem befindet sich nicht 
im sondern vor dem Geraet. Ich Nase habe bei vorherigen Versuchen 
offensichtlich wirklich vergessen, den unbenutzten der beiden Eingaenge 
am Empfaenger zu erden. Kaum mache ich das richtig, schon ist der Pegel 
schoen konstant. Herrje!
Wenigstens habe ich nun mal etwas mit OpAmps gemacht und auch sonst viel 
gelernt.
Veieln Dank an alle die mitgelesen und mitgedacht haben.

Kai Klaas schrieb:
> Möchte der Ausgang nicht mit einer bestimmten Impedanz abgeschlossen
> werden? Sind das nicht <150R für 600kHz? Wenn da ein Übertrager ist,
> reagiert sein Frequenzgang stark auf Fehlanpassung. Der will dort sicher
> nicht 100k haben...

Der Mess-Empfaenger hat auch einen dicken Trafo drinnen. Auf 
Empfangerseite sind die Impedanzen frequenzabhaengig etwas genauer 
spezifiziert. Das Siemens Teil kompensiert aber diese 
Frequenzabhaengigkeit, sodass von 200Hz bis 620kHz immer ein konstanter 
Pegel angezeigt wird. Fuer den Tracking Generator hatte ich ja schon 
weiter oben Werte gepostet. Ich werde nun etwas weiter mit dem Geraet 
experimentieren: 455kHz IF filter mit Zin = Zout = 1.5kOhm. Dafuer habe 
ich das Datenblatt und will nun schauen, ob ich die Kurven mit dem 
Siemens D2155 nachvollziehen kann.

Nachtrag: Kai, ich glaube, dass ich evtl. doch noch einen 
Impedanzwandler brauche, dass muesste ich aber sehen, wenn ich einfach 
zwischen Generator und Empfaenger mal 1kOhm, 10kOhm, ... In Serie 
schalte, oder?