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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Impedanzwandler vor LogAmp


Autor: Jan (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe folgendes Problem: Ich habe hier einen AD8310 LogAmp auf einem 
EvalBoard, der Eingang ist auf 50Ohm angepasst. Meine Quelle (TEK 
HV-Tastkopf, max. 75MHz) hat aber 1MOhm Ausgangsimpedanz, ich brauche 
daher einen Impedanzwandler. Ich moechte moeglichst die gesamte 
Bandbreite des Tastkopfes nutzen und auch den hohen dynamischen Bereich 
des AD8310 (95dB, ich weiss, das wird bei den hohen Widerstandswerten im 
Tastkopf wegen noise kaum moeglich sein!). Die ganze Schaltung soll per 
Batterie versorgt werden, da alles in einem Abschirmgehauese 
untergebracht ist und so wenig Verbindungen wie moeglich nach draussen 
haben soll (gepulste Bogenentladungen machen sehr viel noise der kaum zu 
schirmen ist... :-( ). +3.3V geregelt ist vorhanden. Hat jemand von euch 
einen guten Tipp?

Danke und Gruss,

Jan

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Das heißt normalerweise "Buffer Amplifier". National Semiconductor hatte 
mal einen laut Datenblatt "damn fast" buffer amplifier, bis irgendein 
politisch überkorrekter Kunde darum gebeten hat, dieses häßliche Wort zu 
entfernen.

also zum Beispiel hier, "Operational amplifiers - Buffers":
http://www.national.com/cat/index.cgi?i=i//15
oder von Analog Devices:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparator...

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> ich habe folgendes Problem: Ich habe hier einen AD8310 LogAmp auf einem
> EvalBoard, der Eingang ist auf 50Ohm angepasst. Meine Quelle (TEK
> HV-Tastkopf, max. 75MHz) hat aber 1MOhm Ausgangsimpedanz, ich brauche
> daher einen Impedanzwandler. Ich moechte moeglichst die gesamte
> Bandbreite des Tastkopfes nutzen und auch den hohen dynamischen Bereich
> des AD8310 (95dB, ich weiss, das wird bei den hohen Widerstandswerten im
> Tastkopf wegen noise kaum moeglich sein!). Die ganze Schaltung soll per
> Batterie versorgt werden, da alles in einem Abschirmgehauese
> untergebracht ist und so wenig Verbindungen wie moeglich nach draussen
> haben soll (gepulste Bogenentladungen machen sehr viel noise der kaum zu
> schirmen ist... :-( ). +3.3V geregelt ist vorhanden. Hat jemand von euch
> einen guten Tipp?

Hallo Jan,
Du könntest ein wenig etwas über die Amplituden sagen. Ich vermute, das 
1MOhm-Signal ist relativ stark (+/-10V) und soll mit kleineren Pegeln in 
ein 50-Ohm Kabel eingespeist werden.

Du könntest dazu beispielsweise:
- das Hochvolt-Signal mit einem Übertrager heruntertransformieren. Die 
Firma Minicircuits bietet Übertrager bis 1GHz an. Hierbei wird 
idealerweise kein Rauschen hinzugefügt. Gängige Übertrager gehen bis zum 
Verhältnis 1:9.
- anschließend das reduzierte Signal mit einer nichtinvertierenden 
OPV-Schaltung (Verstärkungsfaktor 1) auf 50-Ohm bringen. Die 50 Ohm 
kommen in Serie zum Ausgang. Ein geeigneter OPV ist beispielsweise der 
http://www.national.com/pf/LM/LMH6628.html, der aber nicht mit 3.3V 
auskommt.

Gruß,
  Michael

Autor: Jan (Gast)
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Danke fuer eure Ideen!

Ja, stimmt, die Amplitude habe ich vergessen: Der Tastkopf ist ein 
P6015A von Tek (1000:1) mit dem ich Spannungen bis 15kV messen moechte 
(nur positiv), also 0 bis 15V mit 1MOhm Ausgangsimpedanz. Ein 
Uebertrager wird da evtl. problematisch, da meine untere Grenzfrequenz 
bei <10kHz liegen sollte. Hmmm... evtl. noch einmal runterteilen?
Was ich vor habe: Ich moechte den Spannungsverlauf beim Zuenden einer 
Bogenentladung aufnehmen, d.h. die Transiente von ca. 10kV Zuendspannung 
runter auf einige Volt Brennspannung und dabei die Brennspannung noch 
recht brauchbar aufloesen. Das Scope was ich hier habe kann max. 8bit 
vertikal, daher meine Idee mit dem LogAmp. Habt ihr vielleicht einen 
besseren Vorschlag?

Danke und Gruss,

Jan

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Jan,
> Ja, stimmt, die Amplitude habe ich vergessen: Der Tastkopf ist ein
> P6015A von Tek (1000:1) mit dem ich Spannungen bis 15kV messen moechte
> (nur positiv), also 0 bis 15V mit 1MOhm Ausgangsimpedanz. Ein
> Uebertrager wird da evtl. problematisch, da meine untere Grenzfrequenz
> bei <10kHz liegen sollte. Hmmm... evtl. noch einmal runterteilen?
> Was ich vor habe: Ich moechte den Spannungsverlauf beim Zuenden einer
> Bogenentladung aufnehmen, d.h. die Transiente von ca. 10kV Zuendspannung
> runter auf einige Volt Brennspannung und dabei die Brennspannung noch
> recht brauchbar aufloesen. Das Scope was ich hier habe kann max. 8bit
> vertikal, daher meine Idee mit dem LogAmp. Habt ihr vielleicht einen
> besseren Vorschlag?

Logarithmieren ist schon der richtige Ansatz, wobei ich nicht weiß, was 
ein logarithmischer Verstärker macht, wenn die momentane Amplitude 
gerade bei <0 ist.

Der Übertrager ist wahrscheinlich nicht das Problem:
http://minicircuits.com/cgi-bin/modelsearch?search...

http://minicircuits.com/pdfs/ADT1-6AT-1.pdf

Wenn die Amplitude kontinuierlich mit der Zeit abnimmt, wäre ein 
Variable Gain Amplifier, wie er häufig im Ultraschallbereich verwendet 
wird, eine Alternative. Dort kannst Du die Verstärkung über ein 
Analogsignal vorgeben.

Es wird häufig benutzt, um die von nahe kommenden Echosignale beim 
Ultraschall gering zu verstärken und die von weiter weg kommenden (viel 
schwächeren) Echosignale entsprechend stark zu verstärken.

Der Frequenzbereich von üblichen Verstärken umfaßt durchaus den Bereich 
von 0Hz bis 70MHz.


Gruß,
  Michael

Autor: Jan (Gast)
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Hallo Michael!

Vielen Dank fuer die gute Idee mit dem variable gain amplifier, werde 
mich gleich auf die Suche nach einem passenden Modell machen! Mein 
'event' dauert nur ein paar us bis alles vorbei ist (Kondensatoren 
werden ueber die Bogenentladung entladen), aber ich koennte die fallende 
Flanke des HV-Signals nutzen um einen kleinen Kondensator zu laden, 
diesen Spannungsverlauf nehme ich dann als gain-Eingang fuer den 
amplifier und habe sowas wie einen LogAmp, oder sehe ich das falsch? 
Waere definitiv eine elegante Loesung wenn das bis 100MHz machbar ist 
:-)

Vielen Dank und Gruss,

Jan

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Jan,
> Vielen Dank fuer die gute Idee mit dem variable gain amplifier, werde
> mich gleich auf die Suche nach einem passenden Modell machen! Mein
> 'event' dauert nur ein paar us bis alles vorbei ist (Kondensatoren
> werden ueber die Bogenentladung entladen), aber ich koennte die fallende
> Flanke des HV-Signals nutzen um einen kleinen Kondensator zu laden,
> diesen Spannungsverlauf nehme ich dann als gain-Eingang fuer den
> amplifier und habe sowas wie einen LogAmp, oder sehe ich das falsch?
> Waere definitiv eine elegante Loesung wenn das bis 100MHz machbar ist
> :-)
Schau mal bei Analog Devices, TI, Maxim und National Semiconductors.

Bei Analog gibt es hier eine Übersicht:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparator...


Gruß,
  Michael

Autor: Jan (Gast)
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Hallo Michael,

danke! Hatte den AD8330/8331 schon bei Farnell rausgesucht. Von der Idee 
her genau das was ich brauche, sieht nur leider nach einer groesseren 
Entwicklung aus :-/ Den LogAmp hatte ich mit Eval-Board bekommen, das 
macht die Sache prkatisch und vor allem sehr schnell verfuegbar fuer 
mein Experiment. Kennst Du zufaellig einen variable gain amplifier als 
Baustein, im Prinzip sowas wie es bei mini circuits als fix gain amps 
gibt, nur mit einem separaten Eingang fuer den gain? Ich hoffe ich 
verlange hier nicht zuviel :-)

Danke und Gruss,

Jan

Autor: Jan (Gast)
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Nachtrag: Habe einen bei mini circuits gefunden, nur leider 10MHz untere 
Grenzfrequenz :-(

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Jan schrieb:
> Hallo Michael,
>
> danke! Hatte den AD8330/8331 schon bei Farnell rausgesucht. Von der Idee
> her genau das was ich brauche, sieht nur leider nach einer groesseren
> Entwicklung aus :-/ Den LogAmp hatte ich mit Eval-Board bekommen, das
> macht die Sache prkatisch und vor allem sehr schnell verfuegbar fuer
> mein Experiment.
Den AD8331 gibt es auch als Evaluation-Board.
http://www.analog.com/static/imported-files/eval_b...

Das Problem ist, daß er nur verstärkt und nicht abschwächt; also müßtest 
Du das Signal vorher abschwächen, was prinzipiell mit Widerständen geht, 
aber vom Rauschen her nicht optimal ist.

Vielleicht ist der ja besser (mußt Du im Detail überlegen):
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparator...

Die Evaluation-Boards bekommst Du z. B. bei Spoerle; da hatte ich mal 
eines bestellt.
http://www.analog.com/salesdir/countries.asp?regio...

Gruß,
  Michael

Autor: Jan (Gast)
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Hallo Michael!

Wow! Danke fuer die links! Das eval-board ist echt interessant fuer 
mich! Jetzt noch ein buffer amplifier dazu zur Impedanzanpassung und 
eine clevere Schaltung um das gain Signal zu generieren und ich bin da 
wo ich sein moechte :-) Vielen Dank!

Gruss,

Jan

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Jan,

> Wow! Danke fuer die links! Das eval-board ist echt interessant fuer
> mich! Jetzt noch ein buffer amplifier dazu zur Impedanzanpassung und
> eine clevere Schaltung um das gain Signal zu generieren und ich bin da
> wo ich sein moechte :-) Vielen Dank!

Du kannst mir ja bevor Du was kaufst den gesamten Plan nochmal zeigen, 
dann schaue ich mal drüber, ob das insgesamt plausibel ist, insbesondere 
was die Impedanzanpassung und das Rauschen angeht. Du kannst Dich ja mal 
hier anmelden und mir Deine Emailadresse schicken. Ich hab nur Emails, 
die ich hier nicht reinschreiben will, damit ich nicht noch mehr mit 
Spam zugemüllt werde.


Gruß,
  Michael

Autor: Ulrich (Gast)
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Die naheliegende Idee wäre es 2 Kanäle von Oszilloskop parallel zu 
schalten. Der eine mit hoher Auflösung und der andere mit einer etwa 20 
fachen Abschwächung des Signals. Das Problem ist dann aber die Belastung 
duch 2 Eingänge. Dadurch sollte das Signal nur etwa die halbe Größe 
bekommen.

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