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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Logarythmischer OPAmp Temperaturkompensation ?


Autor: Beginy (Gast)
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Hallo,

habe einen log. Verstärker aufgebaut , dessen Kennline meine 
Anforderungen hervorragend erfüllt, indem ich insgesammt 4 Dioden (statt 
nur der einen in der Skizze) in den Rückkopplungspfad eingefügt habe. 
Leider hat der Verstärker nun einen ausgeprägten Temperaturgang und ist 
von daher wieder
unbrauchbar. Hat jemand eine Idee, wie man den Temperaturgang möglichst 
ohne großen Aufwand (da wenig Platz auf der SMD- Platine) kompensieren 
könnte ?

Gruß
Beginy

Autor: mhh (Gast)
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Könnte an dem fehlenden Widerstand und an den Dioden liegen.

Da wirst Du mal nach temperaturkompensierter Logarithmierer suchen 
müssen.

Autor: Beginy (Gast)
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Ja, danke ,mhh, schon klar. Habe natürlich die "fertigen" Log. OPs schon 
gefunden z.B. AD 8307. Sind jedoch ziemlich teuer . Vielleicht hat ja 
jemand eine einfachere, preiswertere Lösung...?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Dafür werden Spezialwiderstände mit +3500ppm/°C Temperaturgang 
verwendet:

http://www.analog.com/static/imported-files/data_s...

Kai Klaas

Autor: Beginy (Gast)
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Auch danke, Kai, aber das Problem ist nicht der Temperaturgang der 
Widerstände, sondern der Dioden- Kennline(n)....

Autor: mhh (Gast)
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Die Variante mit Transistor statt Diode ist etwas besser im 
Temperaturverhalten. Wirst ums suchen nicht drumrumkommen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Beginy
>Auch danke, Kai, aber das Problem ist nicht der Temperaturgang der
>Widerstände, sondern der Dioden- Kennline(n)....

Schon klar, es ist der Einfluß von VT = kT/q der Diodenkennlinie, der 
kompensiert werden muß.

Schau doch einfach mal in den Link, den ich dir gegeben habe, wenn ich 
mir schon die Mühe gemacht habe, das herauszusuchen...

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Auf Seite 30 von diesem Link ist die Schaltung vielleicht etwas besser 
verständlich:

http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf

Kai Klaas

Autor: Beginy (Gast)
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..ja, danke, habe die Schaltung gefunden. Noch etwas aufwä(e)ndig.
Suche gerade nach dem Temperaturverhalten von Galliumphosphid (LED- 
Diode),
ob diese evt. besser wäre als 4 Stck. Si- Dioden...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Beginy
>..ja, danke, habe die Schaltung gefunden. Noch etwas aufwä(e)ndig.

Die kann man noch etwas vereinfachen.

Was willst du denn genau machen?

Kai Klaas

Autor: Beginy (Gast)
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Das zu verstärkende (NF-) Signal variiert von wenig mV bis zu einigen 
100 mV. Damit der OPV nicht in die Sättigung geht, brauche ich die 
logarithmische Kennlinie.
Zuerst habe ich über ein PWM - Schaltung (Tiny 13) eine 
Verstärkungsregelung gebaut, die jedoch zu aufwendig wurde und deren 
Dynamikumfang nicht  ausreichte..

Autor: mhh (Gast)
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Soll das Ausgangssignal auf einem Niveau liegen? So eine Art 
automatische Lautstärkeanpassung?

Autor: Beginy (Gast)
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So ähnlich, es handelt sich jedoch um ein NF- Mess- Signal, nicht um 
eine automatische Lautstärkenregelung.
Die Amplitudenänderungen sowohl der kleinen als auch der großen Signale 
sollen noch messbar sein. Verstärke ich mit einer linearen Kennlinie die 
kleinen Signale, geht der OP in die Sättigung d.h. statt Sinus- nur noch 
Rail- to Rail Rechteck. Leider habe ich auch nur eine Single- 
Stromversorgung (+5 VDC) zur Verfügung, sodass die Regelmöglichkeiten 
begrenzt sind.

Autor: Ulrich (Gast)
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Das Problem mit der Temperaturabhängigkeit wird man so einfach nicht 
los. Die Exponentiellfuntion kreigt man hat von Abhängikeiten der Form 
exp(-U*e/kT) wie man die z.B. in der Diodenkennline findet. 
Zurkomensation gibt es da hat die Widerstände mit großem TK. Wenns nicht 
ganz so genau sein muß könnte da ein PT1000 mit einem Widerstand 
parallel gehen.

Eine andere Alternative zur Temepraturkompensation, ist es einfach die 
entscheidene Diodenstecke auf konstante Temperatur zu regeln. Das geht 
z.B. mit Ics die mehrere Transistoren enthalten.


Für eine genaue Messung ist aber vermutlich ein PGA einfacher und ggf. 
sogar kleiner (z.B. MCP6S91). Also die Verstärkung ins digitalen 
Schritten anpassen, bis der Bereich paßt. Mehr als ewta 140 dB Dynamik 
sind ohnehin schwierig.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> habe einen log. Verstärker aufgebaut , dessen Kennline meine
> Anforderungen hervorragend erfüllt, indem ich insgesammt 4 Dioden (statt
> nur der einen in der Skizze) in den Rückkopplungspfad eingefügt habe.
> Leider hat der Verstärker nun einen ausgeprägten Temperaturgang und ist
> von daher wieder
> unbrauchbar.
Eine Möglichkeit der Temperaturkompensation zeigt die folgende 
Internetseite:
http://www.elexs.de/messen6.html

Entscheidend dürfte sein, daß die beiden gezeigten Dioden bzw. 
Transistoren dieselben Kennwerte haben. Ich selbst habe die Schaltung 
noch nicht genau analysiert. Jemand aus dem Forum hat sie aber schonmal 
aufgebaut und Temperaturexperimente mit dem Fön gemacht. Dabei hat er 
Doppeldioden in einem gemeinsamen Gehäuse (BAT54C, Reichelt) verwendet. 
Das sind zwar Schottkydioden - sie haben aber auch eine logarithmische 
Kennlinie und sind in einem gemeinsamen Gehäuse (gleiche Temperatur, 
vermutlich weitgehend gleiche Eigenschaften).


Gruß,
  Michael

Autor: Beginy (Gast)
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Ja, Michael, das ist genau die Aufgabenstellung, die unter Deinem Link 
aufgeführt ist. Werde den Lösungsvorschlag mit den beiden Transistoren 
mal prüfen.

Danke für den Tip und schönen Sonntag !

Beginy

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Michael,

die Schaltung aus deinem Link ist leider Murks! Nicht nur, daß der 
zweite Transistor falsch gepolt ist und die Verstärkung nicht stimmt, es 
gibt auch keine wirkliche Temperatur-Kompensation!

Was kompensiert wird, ist der Einfluß des Sättigungsstroms des linken 
Transistors Is.

Am "+" Eingang des 2. OPamps liegt folgende Spannung an:

Ube2 - Ube1 = kT/q x ln (I2/Is) - kT/q x ln (Iein/Is) = kT/q x ln (I2/Is 
x Is/Iein) = kT/q x ln (I2/Iein)

Mit Ube1 ist die Basis Emitter Spannung des ersten Transistors gemeint, 
dito für Ube2, und es ist I2 ~ 5V/22k und Iein = Uein/1M.

Man sieht, daß sich der Einfluß von Is und auch dessen 
Temperaturaghängigkeit herauskürzt, aber die Temperaturabhängigkeit des 
Terms kT/q erhalten bleibt!

Die Schaltung macht übrigens einen zusätzlichen Fehler, indem sie I2 
nicht einmal konstant erzeugt.

Die Temperaturabhängikeit von kT/q bei Logarithmierern muß immer extra 
kompensiert werden und kürzt sich niemnals heraus!

Anders sieht es aus bei Schaltungen, die das obige Zwischenergebnis 
zurückpotenzieren, wie beispielsweise beim 
Analog-Multiplizierer/Dividierer. Da kürzt sich der Term kT/q 
tatsächlich vollständig heraus.

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai Klaas,

danke für die Information. Die Schaltung kompensiert also jegliche 
Temperaturabhängigkeit, mit Ausnahme der wichtigsten. Das ist natürlich 
echt Murks.


Gruß,
  Michael

Autor: MaWin (Gast)
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> Dafür werden Spezialwiderstände mit +3500ppm/°C Temperaturgang verwendet:

Ein 3850 ppm Platin-RTD tut's ganz gut.

Natürlich kann man auch eine von nahezu konstantem Strom (Vorwiderstand 
:-) durchflossene Diode nehmen, und das Ergebnis in Bezug zu deren 
Spannungsabfall nehmen.

Autor: Beginy (Gast)
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Hallo MaWin,

könntest Du Deine Lösung mit der Diode bitte etwas genauer erläutern 
(Skizze)?

Gruß
Beginy

Autor: MaWin (Gast)
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+5V
    ein oder mehrere  |
    Dioden gleicher   R
   Temperaturkennline |  +-----
GND -------|<|--------+--| A/D Referenz
                         |
Ausgang Logarithmierer --| A/D-Eingang
                         +-----

Autor: v3 (Gast)
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Hi,

ich hätte noch einen anderen Vorschlag, auch wenns ein wenig spät ist. 
Löte die Schaltung in eine kleine Metallkiste und heiz diese auf eine 
bestimmte Temperatur auf.
Diese Temperatur sollte über der Raumtemperatur liegen (z.B. 35°C) und 
lässt sich einfach regeln mittels PT1000 oder ähnlichem.
Dann vermisst du einmal deinen Verstärker und hast den Temperaturgang 
eliminiert für immer.

Grüße

Autor: Hans-Georg Lehnard (h-g-l)
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Die guten alten Synthis benutzten damals dafür den uA726, einen 
beheizten Doppeltransistor. Ist aber nur noch schwer zu bekommen.

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