Ich habe hier einen OPA2830 OP-Verstärker, AD8032 funktionierte aber
auch nicht besser. ich möchte ein eingefanges 3-6MHz rechtecksignal
verstärken. Das signal ist jetzt ca. 1-2V groß und die rechteckform
schon eiriger mehr sinusförmig. die OPs arbeiten mit 5V.
Das signal ist noch zu eirig, aber im null-durchgangsbereich bei 2-20mV
ist der nulldurchgang scharf genug, so daß ich, wenn ich ihn ausreichend
weiter verstärken würde, meine nachfolgende digitalschaltung auch wieder
ein einwandfreies rechtecksignal erkennen würde.
ich versuche jetzt das signal mit meinem OP weiterzuverstärken. ich kann
den OP entweder als verstärker schalten oder als Komparator. die version
als Verstärker erlaubt keine großen verstärkungen. Ist der
Verstärkungsfaktor größer als 4-14 gewählt, macht der OP das signal nur
noch unschärfer und es wird noch eiriger. (das war in dem fall OP als
invertierender Verstärker, versuch mit verschiedenen
widerstandverhältnissen, gleichstromanteil mit kondensator entfernt, den
+ OP-Eingang auf eine virtuelle Masse bei 2,5V gemacht.)
ich kann auch den OP als reinen Komparator benutzen. (alles so wie bei
OP-Beispiel, nur den widerstandteiler entfernt, gleichstromanteil
weiterhin mit kondensator entfernt.)
hier spinnt der OP total. es kommt entweder ein reines negatives oder
positives signal raus, oder auf dem Oszi ist nur wellen-wischwasch zu
sehen.
Das ein OP mit rückkopplung nur eine bestimmte verstärkung hinkriegt
kann ich mir ja vorstellen, aber daß er auch nicht als Komparator
geht?..
Ist das normal. Muß ein OP auch automatisch immer als Komparator
funktionieren, oder muß er das bei hohen frequenzen nicht mehr
umbedingt?
Wird es vielleicht funktionieren, wenn ich die verstärkung direkt durch
einen Komparator im Komparator-betrieb verstärke?
Oder schwingt der OP irgendwie, so daß er nicht als Komparator arbeitet?
was meint ihr dazu?
Im Datenblatt gibt es kein Komparatorbeispiel.
Denkbar wäre:
Der OpAmp ist zu langsam. Beim OPA2830 aber nicht anzunehmen, nicht mal
wenn er aus der Sättigung muß.
Du hast schwebende Eingänge ohne DC Verbindung auf ein definiertes
Potential. Deine Beschreibung ist so schwammig, daß man das befürchten
kann. Natürlich zeichnest du keine Schaltpläne.
Du hast Versorgungsspannungen die den Stromimpuls beim umschalten nicht
folgen können, so dass in dem Moment die Versorgungsspannung
zusammenbricht. So ein OpAmp IST wie eine schnelle Digitalschaltung.
Das ist der Unterschied zwischen OP und Komparator:
Der Komparator ist für Übersteuerung der Eingänge ausgelegt. Er hat
dafür aber meist schlechtere Daten als ein OP-Amp. Op-Amps sind nicht
für Übersteuerung vorgesehen.
Beim Op-Amp kann es bei Übersteuerung zur Sättigung einiger Transistoren
kommen, sodass sie z.B. nach einem Scheitelwert noch für einige usec die
Spannung am Ausgang auf 1 halten, obgleich am Eingang die Spannung
längst gesunken ist.
Bei 2 MHz Komparatoren einzusetzen, hat mit Standard-Komparatoren nur
schlechte Ergebnisse. Die Ein- bzw. Aus-Zeit des Signals beträgt dann ja
nur 250 ns (bei 2MHz). Schau im Datenblatt nach, der Komparator müsste
da für saubere Arbeit innerhalb so 50 ns umschalten.
Nach meiner Schätzung hat es nur bis so 100 kHz Sinn, Komparatoren wie
den 339 oder 311 einzusetzen.
Wenn ein Rechtecksignal verstärkt werden muss, muss der Verstärker
mindestens die zehnfache Grundfrequenz verstärken können sonst wird das
Rechteck sichtbar abgerundet.
Die Anstiegs-/ Abfallflanke eines Rechtecksignales entspricht einer
höheren Frequenz als der OPV das als Rechteck mit nennenswerter
Verstärkung übertragen könnte. Mit +/- 5V bzw. 10V Betriebsspannung
könntest Du nach was rausholen (testen ob es dann reicht).
Ich würde das mit einer diskret aufgebauten Schaltung machen.
Ich würde mal einen CD4049UB nehmen und ihn als Analogverstärker
schalten. Ob er die 6MHz bei 5V Versorgung aber noch schafft?
Zu deinem Einsatz eines OPA als Verstärker sollte eigentlich der
genannte Typ mit Verstärkungen bis rund 5 noch brauchbar funktionieren.
Was jetzt an deinem Setup nicht geht, ist nur mit einem Schaltplan der
benutzten Schaltung sowie weiteren Daten über das Eingangssignal
(DC-Anteil, Kurvenform [Takt oder Daten], worin steckt die Information
des Signals, dessen Quellwiderstand etc.) weiter einzugrenzen.
Bei 2V Hub sollte sogar ein mit 2.5V betreibbares Logikgatter direkt
ausreichen.
das mit dem CD 4049 hatte ich letztlich schonmal, und zwar mit dem
CD4093. Der hatte auch schon nicht mehr richtig umgeschaltet. ich
glaube, den brauch ich nicht versuchen. der 2V hub ist auch nur in der
mitte und unter maximalen umständen stabil. der abstand zwischen 2
flanken muß sauber am ende ankommen, aber der ist nur in der mitte
sauber genug.
ich befürchte, das mit dem OP in die sättigung beim komparator-betrieb
wird wohl dann hinkommen, so sah das manchmal auch aus. je nachdem, wie
das eingangssignal geformt war, kam nämlich ganz schwach auf der oberen
oder unteren seite was durch am ausgang, aber nix brauchbares. das mit
den verstärkungen um die 5x käme dann auch hin.
ich glaube ich werd mich dann mal nach nem schnellen
hochgeschwindigkeits-komparator umsehen.
ich frag mich aber eigentlich, ob ich einen komparator dann noch als
verstärker benutzen könnte, oder nicht? also falls ich das signal mal
nur etwas verstärken will, immerhin ist es ja nur ein digital-signal.
Wenn du den OPA2830 als Komparator betreibst, ist die Verstärkung
maximal und damit die Grenzfrequenz minimal. Rein rechnerisch ergeben
das GBP von 100 und die Verstärkung von 74dB (ca. 5000) eine
Grenzfrequenz von 20kHz. Die bereits von den Vorpostern genannten
Sättigungseffekte verschlechtern das Frequenzverhalten zusätzlich, so
dass der Komparator nie und nimmer 3MHz schafft. Und der AD8032 ist noch
ein Stück langsamer.
> ich glaube ich werd mich dann mal nach nem schnellen> hochgeschwindigkeits-komparator umsehen.
Das wäre sicher eine Maßnahme.
> ich frag mich aber eigentlich, ob ich einen komparator dann noch als> verstärker benutzen könnte, oder nicht?
Du möchtest ihn per Gegenkopplung mit einer geringeren als der
Open-Loop-Verstärkung betreiben? Das funktioniert insbesondere bei
geringeren Verstärkungen meist nicht, weil der Komparator im Gegensatz
zum OPV nicht frequenzkompensiert ist, so dass er durch die
Gegenkopplung zu schwingen beginnt.
Nicht umsonst gibt es OPVs und Komparatoren. Ein als Komparator
geschalteter OPV taugt nicht viel und ein als linearer Verstärker
geschalteter Komparator noch weniger.
ok klar das GBP, dann ist es ja kein wunder, daß nicht viel rauskommen
kann bei nem OP als komparator.
aber ne andere frage:
nehmen wir an ich versuche jetzt, den LM339 den ich hier noch rumliegen
habe, als komparator zu benutzen.. der extrem langsamen geschwindigkeit
nach müßte er ja dafür komplett unbrauchbar sein.
im datenblatt steht aber nur eine verzögerungszeit, um die das signal
verspätet am ausgang eintrifft. wo kann ich im datenblatt nachlesen,
welche frequenz ein komparator schafft, oder bei welcher
eingangsfrequenz er nicht mehr mitmacht?
2. frage:
benutz ich nun ein transistor in Emiter-Schaltung als Komparator; ich
habe es mit einem BC547 versucht, aber das signal was rauskommt, ist
unschön, weil der transistor nicht so stark dem signal folgen möchte. es
wäre trotzdem möglich, den BC547 zu benutzen, aber dann nur bei hohem
stromverbrauch, den meine schaltung nicht haben darf.
kenn jemand einen trick, um den BC547 so zu betreiben, daß er als
"komparator" ohne abflachung von kurven arbeitet? oder sollte ich dann
nen schnellen transistor benutzen? kennt da jemand nen guten schnellen,
er oft im umlauf ist? es wäre gut, wenn es einen gäbe, daß es davon auch
ne kleinere, oder ne smd-version gäbe.
Du könntest den LM311 bzw. LM339 nochmals probieren. Mußt ihn halt am
Ausgang sehr niederohmig nach VCC beschalten.
Der LM311 läuft bei mir auf Steckbrett bei VCC=5V mit etwas mehr als
1MHz noch einwandfrei. Selbst wenn das Eingangsdifferenzsignal nur mV
ist.
Aus zwei Transis kannst du auch einen Komparator bauen.
Gruß -
Abdul
Jetzt mein üblicher Senf dazu: nimm einen Leitungsempfänger - Am 26 C 32
oder was auch immer am besten passt. Selbst schlichte Typen schaffen
deine Frequenz ganz locker und bringen am Ausgang ein einwandfreies
Logiksignal.
Warum wird immer wieder versucht, eine Sache mit dafür ungeeigneten
Bauelementen zu bewerkstelligen? :-((
Beschreib nochmal genauer dein "Signal".
Spannung 1-2V ist Peak-to-Peak oder RMS Spannungswert?
Welchen Mittelwert (Offset) hat dein Signal?
Differntiell oder Single-Ended?
Welche Impedanz (in etwa)?
Es gibt diverse Line-Receiver die solche Signale vernünftig verarbeiten
können. Allerdings musst du schauen zu welchem Standard dein Signal am
besten passt. Ich verwende häufiger LVDS-Receiver wie z.B. den
SN65LVDS051 von Texas Instruments. Der hat ca. 100MBPs Empfangsrate
allerdings nur bei 3.3V Betriebsspannung.
Mit der richtigen Beschaltung (AC-Kopplung und Spannungsteiler für
Arbeitspunkt) kann man wunderbar schnelle Wechselspannungssignale in
digitale Rechtecksignale umwandeln.
>das mit dem CD 4049 hatte ich letztlich schonmal, und zwar mit dem>CD4093. Der hatte auch schon nicht mehr richtig umgeschaltet. ich>glaube, den brauch ich nicht versuchen.
Nein, kein CD4049, sondern ein CD4049UB. UB steht für unbuffered.
Beschalten wie einen invertierenden Operationsverstärker und dabei den
nicht vorhandenen nichtinvertierenden Eingang einfach vergessen.
Michael (Gast) schrieb:
>Beschreib nochmal genauer dein "Signal".
Das hatte ich gestern schon vorgeschlagen ...
ja also das Signal ist ein eingefangenes Rechtecksignal von einer
Ir-Diode, Biphase-Marc Code, 0-zustand=1 flankenwechsel, 1-zustand=2
flankenwechsel, es ist bereits über 2 OPs, einer davon
transimpedanz-wandler, ein weiterer verstärkung 4-20x verstärkt. das
signal überlebt die vorangegangenen beiden OPs nur in etwas eiriger
form.
das rechteck ist nicht mehr rechteck, sondern ein mittel zwischen
rechteck- und sinusform. das signal ist so belastbar wie das
ausgangssignal eines OPs. es könnte jetzt gut von einem Komparator
eingefangen werden. der maximale Spitze-Spitze-Wert des Signals beträgt
1-2V. Der Wert an den spitzen ist allerdings für eine verarbeitung nicht
mehr brauchbar, weil an ihm der flankenwechsel nur noch sehr undeutlich
zu erkennen ist. Der brauchbare Anteil des signals ist der flankenwechel
um den 0-Punkt herum, er ist 60-150mV groß. außerdem kann das ganze
Signal von dem OP einen DC-anteil haben, der mit einem kondensator
entfernt werden muß. der nachgeschaltete weitere OP oder komparator muß
außerdem trotzdem mit den hohen aber nicht brauchbaren spitzen in dem
signal von 1-2V spitze-spitze zurecht kommen.
dieser angegebene fall galt dafür, wenn der ir-empfänger 30cm von dem
sender entfernt ist. bei näheren abständen kann das signal größer
werden, bei abständen um die 3-8 meter zum sender kann das signal sehr
viel kleiner werden, der brauchbare flankenwechsel kann im bereich von
1-10mV liegen.
ich habe mir jetzt mal den komparator TLV3501 besorgt. er hatte den
niedrigsten stromverbrauch und gleichzeitig noch schnelle schaltzeiten.
leider hat er eine eingebaute hysterese von 5mV. ich glaube aber daß das
signal auch im schwachen zustan noch groß genug sein wird, damit die
hysterese noch überschritten wird.
ich werde mal in der sammlung nach einem CD4049UB suchen, aber ich
glaube, die freude wird nich groß sein: ab wieviel mV schaltet der?
50-100mV unterschied, das wird wohl doch zuviel sein..
Nachtrag:
ich habe hier einen SN74LN04N gefunden. ich bin mal gutgläubig, generell
gutgläubig und gehe mal davon aus, daß bauteile aus der 74er reihe sehr
viel schneller sind, deshalb probiere ich den mal zuerst. hier in der
tüte sind noch andere bauteile, verschiedene aus der 74er reihe und
verschiedene aus der 40er reihe, mal sehen ob ich auch den besagten
CD4049UB finde. aber ich bin sehr gutgläubig, ich vermute ja mal, daß er
erst ab einem viel zu hohen spannungsunterschied schaltet. aber da der
preisliche vorteil und die einfache beschaffbarkeit unschätzbar wäre,
teste ich es mal trotzdem.
Gut, so sieht die Sachlage schon etwas anders aus.
Das Signal hat noch deutlich unterschiedliche Pegel und wurde bereits
verstärkt.
Diese erste Verstärkung könnte ev. noch etwas größer sein, allerdings
sollte dann der OPA schon ein sehr schneller Typ sein (100MHz GBW). Die
sind auch nicht mehr so häufig zu finden und ev. etwas kritischer in der
Beschaltung.
Alternativ einfach mehrere nehmen, mit jeweils geringerer Verstärkung
fahren (z.B. 20MHz-Typen mit v=2, drei hintereinander gibt auch v=8 und
die haben dann noch ausreichend Bandbreite).
Dass da kein Rechteck mehr herauskommt, ist nicht so tragisch, wenn
anschließend der Komparator ausreichend schnell den Nulldurchgang
detektiert. Es ist immer gut, wenn dieser auch ein ordentlich großes
Signal erhält, denn nur dann ist auch der Nulldurchgang ausreichend
jitterarm detektierbar.
Den Komparator würde ich auf jeden Fall verwenden.
Zu den Hilfs-Verstärkern mit CD4049UB:
Es geht kein SN74xxxxx! Es gehen nur die CMOS-Varianten mit dem
ungepufferten Ausgang - gekennzeichnet mit dem UB. Der HEF4069UBP ist
dann genau der Typ, den ich meine. Sie werden als analoge Verstärker
betrieben. Das können nur die! Ich hänge mal ein Bildchen an, um zu
zeigen, was ich meine. Gerade von denen könntest du leicht mehrere mit
jeweils geringer Einzelverstärkung hintereinanderhängen (Widerstände zu
50k und 22k wählen).
Da die CMOS-Reihe auch mit 15V betrieben werden kann und sie bei hoher
Versorgungsspannung schneller sind, kann man da auch noch was
herausholen.
Also ich habe es mal getestet:
Es sind verstärkungen von 2-5 da rauszuholen, das signal ist aber
scheinbar schneller gegen störungen anfällig. es ist nicht so sauber,
wie mit dem OP, ich kann nicht soviel platz zwischen sender und
empfänger lassen, damit das signal noch fehlerfrei erkannt wird.
Es ist sogar noch komischer:
Ich testete erst den AD8032 als OP für die ersten beiden verstärkungen.
da war das signal nicht ganz so gut verstärkt, der rechteck etwas
eiriger. den OP wollte ich eigentlich benutzen, weil er nur 0,8mA pro
Kanal verbraucht.
Zusätzlich testete ich das selbe auch nochmal mit dem OPA2830 als OP.
hier war das signal sauberer, stärker verstärkt und die flanken steiler.
Leider verbraucht der OP 4,5mA pro Kanal.
Ich dachte nun, vielleicht besorg ich mir mal einen OP, der noch weniger
strom verbraucht ein noch höheres GBP und eine bessere Slewrate hat. Ich
testete jetzt den AD8012.
Das ergebnis war jedoch sehr schlecht. es sieht so aus, als werde das
signal durch den AD8012 am deutlich stärker mit Störungen versehen. es
ist sehr unscharf und wackelig, bis jetzt von allen 3 OPs as
schlechteste ergebnis.
Weiß jemand woran das liegen kann? Kann man das wo im Datenblatt
vergleichen, wie stark der OP rauscharm ist? Oder kommt das wo anders
her?
>einen OP, der noch weniger>strom verbraucht ein noch höheres GBP und eine bessere Slewrate hat.
In erster Näherung widerspricht sich das.
>Kann man das wo im Datenblatt>vergleichen, wie stark der OP rauscharm ist?
Ja, es gibt die Angaben 'Input Voltage Noise' und 'Input Current Noise'.
Der AD8012 gehört schon zur rauscharmen Kategorie.
>Weiß jemand woran das liegen kann?
Zum Beispiel auch am Aufbau. Wenn der 8012 ein schlechteres Ergebnis
liefert als der 8032, dann ist das vermutlich der Hauptgrund. Ein
schneller OPA, wie es der 8012 (und auch der 8032) ist, ist eben auch
wesentlich empfindlicher in dieser Richtung. Schaue auch mal die
Layout-Beispiele in dessen Datenblatt an. Mit Steckbrett o.ä. ist hier
nichts mehr zu holen. Ebenso kann die Entkopplung der Versorgung eine
wichtige Rolle spielen.
Beachte auch: 6 MHz Rechteck benötigt eine Bandbreite von mindestens
20-30MHz, um einigermaßen als ordentliches Rechteck zu erscheinen.
Andererseits - wenn du anschließend einen Komparator verwendest, ist nur
der Verlauf an der Komparatorschwelle interessant. Der Rest kann 'Eiern'
soviel er will - was auch immer du unter 'Eiern' verstehst ...
mal sehen, ich baue es warscheinlich mal ganz klein in smd auf, bis
jetzt hatte ich es auf lochrasterplatine aufgebaut und die beinchen der
widerstände waren auch nicht die kürzesten. ich überlege mir mal, ob ich
es direkt auf ner geätzten platine teste oder ob ich auf ner pappe die
smd-bauteile mit kupferdrähtchen zusammenlöte, denn korrekturen muß ich
ja hinterher ehe erstmal machen. vielleicht mach ich mir noch spulen in
die rückkopplungszweige rein, damit der flankenwechsel stärker verstärkt
wird als der nichtwechselnde pegel. und dann vergleich ich mal, mit
welchem op es in der smd-variante am fehlerfreiesten läuft.
Nachtrag:
Ich habe jetzt die schaltung mit dem OPA2830, die ich vorher auf
Lochraster Platine aufgebaut hatte, jetzt das gleiche nochmal in Smd
aufgebaut. aber nicht auf einer Platine sondern testweise auf Pappe mit
Kupferdrähtchen als Leiterbahnen.
Es gab aber eine böse überraschung:
Alles schwingt. Ich kann es drehen, wie ich will, überall sind böse
störschwingungen drin, das signal ist sehr schlecht und wenn es nicht
schlecht ist, schwingt es irgendwo plötzlich und das signal ist hinüber.
Der unterschied war jetzt bei der Smd-Version, daß die abstände zwischen
den bauteilen und die leiterbahnlängen sehr klein und kurz waren.
Ich dachte, daß würde eine verbesserung geben, aber es ist das genaue
gegenteil.
Es hilft nix, keine anderen aufbau-versionen oder irgendwelche
veränderungen. Die schaltung auf der lochrasterplatine geht und die
kleine version in smd-größe hat ohne grenzen störungen oder
schwingungen.
Allgemein wird noch schlimmer, wenn ich jetzt den Komparator
hinzuschalte oder versuchen würde, statt mit ingesammt 2 OPs
hintereinander mit 3 OPs zu verstärken.
Gibt es das irgendwelche allgemeinen Regeln, die man beachten sollte, um
unerwünschtes schwingverhalten zu verhindern? Ist vielleicht doch ein
größerer Bauteilabstand sinnvoller? gibt es andere regeln, wie man
schwingverhalten generell unterdrücken kann oder muß ich bei 3-6MHz noch
nicht auf abstände zwischen den bauteilen und Bahnen achten?
