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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstärkung 2V -> 3.3V


Autor: Patrick (Gast)
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Hallo,

Ich hab hier ein Gerät mit seltsame Eigenschaften das ich an ein 
Standard 3.3V TTL port anschliessen möchte. Ich hab da gegoogelt und 
etwas gebaut was nicht funktioniert (vielleicht ist mein Schulwissen ein 
wenig alt).

Hier mal die Eckdaten:
Input
- Square Signal 0 - 2V mit ca. 1MOhm Impedanz

Output
- TTL Signal auf 0 - 3.3V

Zur verfügung:
- 3.3V source
- Gnd
- RxD (vom TTL)

Als nicht funktionierende Lösung (sihe Bild) hab ich zwei OpAmp 
hintereinander geschaltet. Bei dieser Lösung bleibt das signal beim 
ausgang bei 0V.

Wo liegt der Fehler? In der Schaltung oder gar beim Lösungsansatz.

Danke für eure Hilfe
Patrick

Autor: HildeK (Gast)
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Du hast uns nichts über die OPAs erzählt. Bei 3.3V Versorgung müssen das 
schon R2R-Typen sein.
Auch nicht über die Geschwindigkeit.
Den zweiten als Komparator zu betreiben, geht nur für relativ langsame 
Vorgänge.

Wenn die OPAs passen, könnte bereits einer, als nichtinvertierender 
Verstärker mit v=3.3/2.0 ausreichend sein. Siehe Bild b) in 
Operationsverstärker-Grundschaltungen

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Patrick (Gast)

>- Square Signal 0 - 2V mit ca. 1MOhm Impedanz

>Output
>- TTL Signal auf 0 - 3.3V

Du brauchst einen Pegelwandler.

MFG
Falk

Autor: Patrick (Gast)
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Stimmt hab einige details vergessen

> Du hast uns nichts über die OPAs erzählt. Bei 3.3V Versorgung müssen das schon 
R2R-Typen sein.
Momentan hab ich da ein lf353n verbaut, ist aber vermutlich kein R2R.


> Auch nicht über die Geschwindigkeit.
19200 baud

> Den zweiten als Komparator zu betreiben, geht nur für relativ
> langsame Vorgänge.
Was ist hier mit langsam zu verstehen? Ist 19200 langsam, denke schon 
oder?

> Wenn die OPAs passen, könnte bereits einer, als nichtinvertierender
> Verstärker mit v=3.3/2.0 ausreichend sein. Siehe Bild b) in
> Operationsverstärker-Grundschaltungen
Danke für den Tipp werde es mir anschauen.

Patrick

Autor: HildeK (Gast)
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>Was ist hier mit langsam zu verstehen? Ist 19200 langsam, denke schon
>oder?
Nein, mit langsam meinte ich meinte einige zig Hz!
Als Komparator arbeitet er open-loop. Dafür sind 19200 schon ganz schön 
schnell! Ich habe jetzt nicht genau nachgeschaut, aber rechne mal GBW 
geteilt durch Leerlaufverstärkung. Da kommst du schnell in den 
Hz-Bereich.
Für 19200 als Rechtecksignal sollte er jedoch noch bei 100 oder 200kHz 
arbeiten können. Deshalb nimmt man Komparatoren.
Als Verstärker mit nur Faktor zwei kann er rund 1 MHz - das reicht 
hier!.

Autor: yalu (Gast)
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Gut am LF353 ist, dass er JFET-Eingänge hat, wegen des extrem hochohmi-
gen Eingangssignals. Schlecht am LF353 ist, dass die Ausgangsspannung
nicht näher als etwa 1,3V an die positive und negative Versorgungs-
spannung gelangen kann (also kein R2R). Bei einer +3,3V/0V-Versorgung
würde sich das Ausgangssignal also maximal zwischen 1,3V und 2,0V
bewegen. Wahrscheinlich sind aber die 3,3V als Versorgungsspannung viel
zu niedrig, so dass der Baustein einfach gar nichts tut. Im Datenblatt
sind die meisten Tabellenangaben auf ±15V (entspricht +30V/0V bei
Single-Supply) bezogen, die Diagramme beginnen bei ±5V (+10V/0V).
Dagegen sind deine 3,3V winzig.

Muss es denn unbedingt ein Operationsverstärker sein? Ein kleiner MOSFET
(mit niedriger Threshold-Spannung) in Source-Schaltung könnte doch auch
gehen, wenn die Signalinvertierung nicht stört? Und falls sie stört,
drehst du das Signal mit einem zweiten Transistor einfach nochmals um.

Wo geht denn das Signal anschließend hin? In ein 3,3V-CMOS-IC? Viel-
leicht brauchst du dann überhaupt keine Verstärkung. Die MOS-Eingänge
sind hochohmig, und die Schaltschwelle von 3,3V-MOS-Eingängen liegt
meist unterhalb von 1,5V, so dass du immerhin noch mindestens 0,5V
Störabstand hättest.

Nur so aus Interesse: Was ist denn das für eine Signalquelle, die
serielle Daten überträgt und eine Impedanz von 1MOhm hat? Etwa ein
IR-Empfänger?

Autor: Jens G. (jensig)
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>Muss es denn unbedingt ein Operationsverstärker sein? Ein kleiner MOSFET
>(mit niedriger Threshold-Spannung) in Source-Schaltung könnte doch auch
>gehen, wenn die Signalinvertierung nicht stört? Und falls sie stört,

eine Signalinvertierung hat er ja bereits in seinem eigenen Vorschlag 
drin. Da vermute ich mal, daß die nicht stört, oder?

also wenn es nicht unbeding 1MOhm Eingangs-R sein müssen, reicht doch 
sicherlich auch ein normaler bipolarer Transistor in Emitterschaltung.
19200 baud sind ja eigentlich max. 10kHz, so daß die billigste Variante 
auch reichen sollte bezüglich Singnalflankensteilheit. Also Basis-R 
(paar kOhm), Collector-R (vielleicht bis 1kohm), Emitter auf Masse, und 
evtl. kleine Schottky zw. Basis-Collector (invers) zur 
Sättigungsvermeidung.

OPA geht natürlich auch, wenn der explizit ein R2R für solch niedrige 
Spannungen ist.

Autor: Mike (Gast)
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Hauptproblem dürfte die hohe Ausgangsimpedanz der Signalquelle sein 
1MOhm würde mit 10pF Eingangsimpedanz schon eine Zeitkonstante von 10uS 
bilden. Kommt noch die Schaltzeit des Komparators hinzu, wird es mit 
19200 Hz schon ein wenig knapp, sollte aber noch gehen. Es gibt eine 
ganze Reihe von Komparatoren für 3.3V Betriebsspannung. Eventuell käme 
der MAX941 in Frage.

Gruss
Mike

Autor: Patrick (Gast)
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Kurz Gesagt: Der OpAmp ist für diesen Fall wohl eher der falsche

> Muss es denn unbedingt ein Operationsverstärker sein? Ein kleiner MOSFET
> (mit niedriger Threshold-Spannung) in Source-Schaltung könnte doch auch
> gehen, wenn die Signalinvertierung nicht stört? Und falls sie stört,
> drehst du das Signal mit einem zweiten Transistor einfach nochmals um.
Warum nicht könnte klappen und die invertierung stört da nicht. Danke 
für den Tipp.

> Wo geht denn das Signal anschließend hin? In ein 3,3V-CMOS-IC? Viel-
> leicht brauchst du dann überhaupt keine Verstärkung. Die MOS-Eingänge
> sind hochohmig, und die Schaltschwelle von 3,3V-MOS-Eingängen liegt
> meist unterhalb von 1,5V, so dass du immerhin noch mindestens 0,5V
> Störabstand hättest.
Habs schon versucht ohne nichts die Signale zu übertragen. Leider ging 
nicht und es kam nur unbrauchbares an.

> Nur so aus Interesse: Was ist denn das für eine Signalquelle, die
> serielle Daten überträgt und eine Impedanz von 1MOhm hat? Etwa ein
> IR-Empfänger?
Ein Tauchcomputer der die Daten über einen Tauchgang so zum PC 
überträgt, was in meinem Fall ein kein PC ist, sondern ein kleiner umPC 
(keine Ahnung wie man das Ding nennt).

Danke für die Hilfe, denke ich komme jetzt weiter. Kennt nicht einer 
zufällig ein entsprechender OpAmp der in meinem Fall gehen würde?

Patrick

Autor: Patrick (Gast)
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Hallo Mike

Anscheinend hast du die Frage schon beantwortet bevor ich sie gestellt 
habe. Nach dem ersten anschauen der Eckdaten des Max941 scheint dieser 
die Anforderungen zu erfüllen.

Besten Dank für den Tipp
Patrick

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