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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP-Amp, virtuelle Masse so nutzbar?


Autor: Harald S. (harri)
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Hallo zusammen,

ich will einen AD-Wandler (ADS830, 50MSPS) vor meinen 
Minilog-Logikanalyser schalten und mal ein wenig damit rumspielen. Es 
wäre dabei schön, wenn mein Eingangsverstärker mit 5V single Supply 
auskäme (sonst müsste ich die geamte Stromversorgung des LA umbauen) und 
trotzdem von DC bis einigen MHz übertragen kann. Eine Kopplung über 
Kondensator und die übliche "OP mit einer Versorgungsspannung"-Schaltung 
fällt wegen der DC-Anforderung also aus.

Also will ich eine virtuelle Masse aus dem CM-Signal des AD-Wandler und 
einem OP bauen. Die Abschirmung der BNC-Buchse incl. Tastkopf am Eingang 
würden dann auf dieser virtuellen Mase liegen.
Die Versorgung des ganzen LA und AD-Vorsatzes erfolgt potentialfrei über 
ein Steckernetzteil, die Verbindung zum PC über Bluetooth.

Kann ich bei potentialfreier Versorgung meiner Schaltung die virtuelle 
Masse mit der Abschirmung verbinden oder soll ich mir das besser gleich 
aus dem Kopf schlagen weil es zu viele Störungen einfängt?
Wie können sich Störungen überhaupt auswirken, wenn doch der Rest des 
Schaltung potentialfrei ist?

Der Schaltplan anbei ist etwas vereinfacht, U1 bekommt noch eine 
umschaltbare Verstärkung x1/x2. CM sind 2,5V, die Mitte des 
ADC-Eingangsbereiches.

mfg
Harri

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Kann man so machen. Ich würd aber R3 in die Rückkoppelung 
miteinbeziehen.
C1 würd ich viel grösser machen (so ca. 10uF Kerko) Die Abschirmung würd 
ich auf GND legen weil ja durch C1 keine Wechselspannungen auf der 
virtuellen Masse sein können. Wird wahrscheinlich aber auch anders 
gehen.

Grüße

Autor: High Performer (Gast)
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>C1 würd ich viel grösser machen (so ca. 10uF Kerko)

Also nachdem bereits im Schaltregler-Ripple-Thread derartige 
Bauteilangaben genannt wurden, muss ich jetzt doch mal fragen, ob eine 
neue Entwicklung an mir vorbeigegangen ist, mit der plötzlich 
Keramikkondensatoren problemlos und mit akzeptablen Abmessungen im 
Bereich von mehreren Mikrofarad gefertigt werden können. Kann mich bitte 
mal jemand aufklären?

Autor: Anja (Gast)
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Autor: Jörn Kaipf (joern)
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4u7 gibts auch schon in 0402 und 10u ist zum Teil in Entwicklung (in 
0402) ;)

Autor: Jens G. (jensig)
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@High Performer
guck mal bei Reichelt. Da findste KerKos bis 100µ in 1206 Größe (dann 
allerdings nur noch 6,3V)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Solche Geschichten sind ziemlich gefährlich, weil die beteiligten Massen 
auf völlig unterschiedlichem Potential liegen können. Ohne zusätzliche 
Schutzschaltung kann dadurch der Ausgang von U2 leicht zerschossen 
werden.

>Wie können sich Störungen überhaupt auswirken, wenn doch der Rest des
>Schaltung potentialfrei ist?

Die Koppelkapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung im Netztrafo 
des Steckernetzteils in Höhe von 200...300pF schießt dir Surge und Burst 
direkt in die Schaltung. Von ESD, der gewöhnlich direkt auf der 
Abschirmung deines BNC-Kabels landet, wann immer du das Kabel oder mit 
diesem verbundene Schaltungsteile berührst, ganz zu schweigen.

Ja, auch Teile der Netzspannung selbst, inklusive aller Störungen dort, 
siehst du dem Meßsignal überlagert.

Kai Klaas

Autor: Gebhard Raich (geb)
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@Kai
>Solche Geschichten sind ziemlich gefährlich, weil die beteiligten Massen
>auf völlig unterschiedlichem Potential liegen können.
Grundsätzlich hast du da recht.

>Die Koppelkapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung im Netztrafo
>des Steckernetzteils in Höhe von 200...300pF schießt dir Surge und Burst
>direkt in die Schaltung.

Auch das mag sein, aber es stehen 200pF zu 10uF d.h. ein Faktor von 
50000.
D.h. 50kV ändern das Potential der Schaltung (kurzfristig) gerade mal 
1V.

Grüße

Autor: Harald S. (harri)
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Hallo zusammen,

danke für eure Antworten.
Also werde ich mal einen größeren Kondensator im Bereich von 10uF 
einplanen und etwas Platz lassen um ggfs. noch kleinere parallel zu 
schalten.

@Gebhard: wenn ich die Rückkopplung nicht an den Ausgang von U2 lege, 
sondern an das andere Ende des Widerstandes, dann erhalte ich in der 
Simulation eine Oszillation mit anteigender Aplitude am Ausgang von U2.
Daher wollte ich es so machen, dabei werden mir aber die 
Rückkopplungswiderstände an U1 (umschaltbare Versärkung, s.o.) das 
Massepotential bei niedrigen Frequenzen wegziehen. R3 muss also im 
Vergleich zur Rückkopplung recht klein sein, die Rückkopplung aber auch 
nicht zu hochohmig damit auch hohe Frequenzen noch eine Chance haben.

Als Netzteil verwende ich ein Schaltnetzteil von einem Nokia Handy mit 
5,7V und 800mA mit nachgeschaltetem Analogregler auf 5V. Wie sieht bei 
so einem Teil üblicherweise die Koppelkapazität aus? Höher oder 
niedriger als bei einem 50Hz Trafo?

Die Abschirmung kann ich nicht auf das echte GND legen, weil die bei 
einem Koax-Kabel ja als GND-Verbindung zum Messobjekt gebraucht wird. 
Also muss sie auf die virtuelle Masse.

mfg
Harri

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Auch das mag sein, aber es stehen 200pF zu 10uF d.h. ein Faktor von
>50000.
>D.h. 50kV ändern das Potential der Schaltung (kurzfristig) gerade mal
>1V.

Ich bezog mich natürlich auf den OP, und da sehe ich nur 10nF. Du hast 
vollkommen Recht, kräftiges Erhöhen der 10nF ist natürlich das Gebot der 
Stunde.

Aber um ESD abfangen zu können muß dieser Kondensator an der richtigen 
Stelle sitzen und darf nicht zu viel Induktivität haben. 
Parallelschalten von kleineren Kondensatoren ist auch keine gute Lösung, 
wie man dem Anhang entnehmen kann. Wenn man parallel schaltet, dann nur 
identische Caps.

>@Gebhard: wenn ich die Rückkopplung nicht an den Ausgang von U2 lege,
>sondern an das andere Ende des Widerstandes, dann erhalte ich in der
>Simulation eine Oszillation mit anteigender Aplitude am Ausgang von U2.
>Daher wollte ich es so machen, dabei werden mir aber die
>Rückkopplungswiderstände an U1 (umschaltbare Versärkung, s.o.) das
>Massepotential bei niedrigen Frequenzen wegziehen. R3 muss also im
>Vergleich zur Rückkopplung recht klein sein, die Rückkopplung aber auch
>nicht zu hochohmig damit auch hohe Frequenzen noch eine Chance haben.

Du mußt den Widerstand mit in die Gegenkopplung packen, so wie im Anhang 
gezeigt. Diese Schaltung funktioniert auch mit V=1, dazu müssen dann 
aber die Bauteile für optimale Stabilität neu angepaßt werden.

Wenn du C1 zum Abfangen von ESD nutzen willst, mußt du dir ganz genau 
überlegen, wo du den Fußpunkt von C1 hinlegst, weil du sonst ESD unter 
Umständen mitten in deine Schaltung zerrst, was einem Microkontroller 
überhaupt nicht gefällt. Eventuell könntest du ESD mit einem 
SMD-Varistor an geeigneter Stelle abfangen und so den ESD-Strom an 
deiner Microkontroller-Schaltung vorbei leiten. Dann würde ich noch vom 
oberen Pin von C1 zwei schnelle Schottky-Dioden zu den Supply Rails 
schalten. Eine BAT54S wird ja gerne für so etwas verwendet.

Kai Klaas

Autor: High Performer (Gast)
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>guck mal bei Reichelt. Da findste KerKos bis 100µ in 1206 Größe (dann
>allerdings nur noch 6,3V)

Aaah, OK, hatte ich bisher noch nicht entdeckt. Interessant!

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