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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Op-Amps ignorieren Lehrbuch / Schwellwertschalter


Autor: Harald Kollmann (carbonblack)
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Hallo,

ich möchte eine Spannung auf Über- und Unterschreitung überwachen.
Es soll jeweils ein R/S-Flipflop getriggert werden, das den "Alarm" 
speichert. Ziel ist es, eine Bandbreite von 20MHz zuerreichen, also mit 
Über/Unterschreitungen von 25ns dauer das Flipflop zu triggern.
Glücklicherweise ist die Signalquelle sehr niederohmig und kann sicher 
mit einigen 100mA belastet werden, ohne das Signal zu verfälschen

Ganz naiv habe ich die Schaltung geradeaus gebaut. (Siehe Scaltplan.gif)
Vergleiche http://home.cogeco.ca/~rpaisley4/Comparators.html

Beim Einstellen der Vergleichsspannungen wurde ich stutzig: Sie 
beeinflussen sich gegenseitig!
Das Oszi zeigt, was ich befürchtete: Das Eingangssignal beeinflusst die 
Spannung am Referenzspannungsteiler !

Hier mit einem NE5532 mit einem LM258 ist's das gleiche.
CH3(Magenta): Signal vom Funktionsgenerator (Am Eingangsspannungsteiler 
gemessen)
CH1(Gelb): Nach dem Spannungsteiler = Eingänge der Op-Amps
CH2(Cyan): Spannung am Referenzpannungsteiler

Bei einem Stromrückgekoppelten Op-Amp (z.B. MAX4224) würde ich das noch 
einsehen...
Nebenbei: Vielleicht mag mir jemand erklären, was Stromrückkopplung 
bedeutet und welche Vorteile das gegenüber der üblicheren 
Spannungsrückkopplung hat.

Liegt ein Schaltungs- oder ein Denkfehler vor?

Wie kann ich die Spannung am  + Eingang von der am - Eingang trennen?

Vielen Dank im Voraus

Autor: AS (Gast)
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Ja, verständlich.
Der NE5532 hat Dioden zwischen beiden Eingängen.

Hattest Du denn wenigstens eine symmetrische Betriebsspannung?
Naja, spielt jetzt auch keine Rolle mehr ;-)

Für so etwas: Komparatoren.
Im ein- bis zweistelligen ns Bereich fällt mir spontan der LT1016 ein.

Aber achte auf die Eingangsimpedanz.
Mit 1k liegst Du für 25ns schon sehr, sehr knapp ;)

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Kann mich der Aussage von 'AS' nur anschließen: Unbedingt Komparatoren 
verwenden und definitiv keine normalen OpAmps.

Ferner stellt sich mir die Frage, warum Du den Alarmausgang zwischen 
den Ausgängen der beiden (Pseudo-)Komparatoren eingezeichnet hast?!?!

Uffbasse(!):
Wenn Du denn dann richtige Komparatoren einsetzen solltest, achte 
darauf wie ihre Ausgänge funktionieren, denn i.d.R. sind das dann 
'Open-Collector'-Ausgänge, die (üblicherweise) einen externen 
Arbeitswiderstand nach Vcc brauchen. Aber so lassen sie sich auch besser 
wiredOR-mäßig verschalten.

Autor: Harald Kollmann (carbonblack)
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Vielen Dank für die schnelle Antwort!

ich probiere es mal mit dem LT1016.

Außerdem denke ich über einen Vorverstärker nach, der die Differenz zum 
Sollwert erst einmal um den Faktor 100 verstärken.
Mal seh'n wie ich das mit der geforderten Bandbreite hin bekomme. Der 
Max40112 schaltet erst ab Differenzen um 100mV schnell (ca.20ns). Bei 
einigen 10mV braucht er fast 1µs.

Herzliche Grüße

Autor: Harald Kollmann (carbonblack)
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Dear Raimund,

Raimund Rabe schrieb:
> ...
> Ferner stellt sich mir die Frage, warum Du den Alarmausgang *zwischen*
> den Ausgängen der beiden (Pseudo-)Komparatoren eingezeichnet hast?!?!
>
Hingucke ;-) da ist ein 2 Poliger Stecker.....

> Uffbasse(!):
> Wenn Du denn dann richtige Komparatoren einsetzen solltest, achte
> darauf wie ihre Ausgänge funktionieren, denn i.d.R. sind das dann
> 'Open-Collector'-Ausgänge, die (üblicherweise) einen externen
> Arbeitswiderstand nach Vcc brauchen. Aber so lassen sie sich auch besser
> wiredOR-mäßig verschalten.

Danke für den Tipp. Mich treibt da eher die Wahl des Pull-Up Widerstands 
um. Schließlich soll der arme Komparator im Normalfall ins Schwitzen 
kommen, nur damit er schnell genug in den Alarmzustand schaltet.
Falls meine Idee mit dem Vorverstärker funktioniert, probiere ich mal 
eine positive Rückkopplung (Hysterese). Ich fürchte die Schaltung wird 
erstmal lustig schwingen..

Mit Her(t)lichen Grüßen

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Harald Kollmann schrieb:
> Hingucke ;-) da ist ein 2 Poliger Stecker.....

Ups, hast recht. Mea culpa. ;-)

>> Uffbasse(!):
>> Wenn Du denn dann richtige Komparatoren einsetzen solltest, achte
>> darauf wie ihre Ausgänge funktionieren, denn i.d.R. sind das dann
>> 'Open-Collector'-Ausgänge, die (üblicherweise) einen externen
>> Arbeitswiderstand nach Vcc brauchen. Aber so lassen sie sich auch besser
>> wiredOR-mäßig verschalten.
>
> Danke für den Tipp. Mich treibt da eher die Wahl des Pull-Up Widerstands
> um. Schließlich soll der arme Komparator im Normalfall ins Schwitzen
> kommen, nur damit er schnell genug in den Alarmzustand schaltet.

Nun, der LT1016 (den Du, nach eigenen Aussagen, mal ausprobieren 
möchtest) hat jedenfalls keine Open-Collector-Ausgänge sondern 
komplementäre Push-Pull-Ausgänge o.ä. (vmtl., denn LT spricht von "A 
unique output stage provides active drive in both directions ...". D.h. 
hier wird definitiv kein externer Arbeitswiderstand benötigt! Und 
wired-OR mit anderen Komparatorausgängen wird demnach auch nicht 
funktionieren.

> Falls meine Idee mit dem Vorverstärker funktioniert, probiere ich mal
> eine positive Rückkopplung (Hysterese). Ich fürchte die Schaltung wird
> erstmal lustig schwingen.

Mit Hysterese wird der Komparator tendenziell eher nicht wild vor 
sich hinschwingen. Ganz im Gegenteil, das 'geklapper' im Umschaltpunkt 
wird wesentlich ruhiger.

Autor: Harald Kollmann (carbonblack)
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Hallo,

beim Planen des Vorverstärkers ist mir aufgegangen, dass ich ein 
stabiles Referenzpotential brauche. Der Spannungsteiler, der die 
Verstärkung bestimmt besteht aus einem 470R (Ausgang-Neg.Eingang) und 
einem 4,7R (Neg. Eingang-Bezugspotenzial).
Und genau da komme ich ins Schwitzen: Wie kann ich aus der 
Versorgunsspannung (möglichst 5V) Die Bezugsspannung so niederohmig 
gewinnen, dass sie möglichst auf wenige (weinger als 10) mV konstant 
bleibt.
Alles was mir bisher einfiel, ist macht Zicken, wenn die Belastung 
(Stomrichtung) das Vorzeichen wechselt. Mit Kondensatoren werde ich 
wahrscheinlich kaum glücklich - ich hab mal überschlagen:
Um die Spannung bei einer Belastung von 10mA für ca. 1 µs (so lange 
brauchen die meisten Op-Amp., um zu reagieren) auf ca. 5mV konstant zu 
halten brauche ich 2.000µF (oder?), die dann auch noch auf sagen wir mal 
1x 100nF 1x10µF und 1x2.000µF "aufteilen" sollte...

Hat jemand eine Idee?

Mit freundlichen Grüßen
Harald

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Harald Kollmann schrieb:
> Hat jemand eine Idee?

Schau Dir z.b.  mal an wie es Tektronix schon vor 30 Jahren im 7A13 
Differentialkomparator gemacht hat. Das Teil ist gut für 100 MHz.
Das Manual gibt's unter www.ebaman.com kostenlos downloadbar .-)

> Um die Spannung bei einer Belastung von 10mA für ca. 1 µs (so lange
> brauchen die meisten Op-Amp., um zu reagieren)

Der bessere Ansatz ist es, diese +/-10mA Belastung erst garnicht auf die 
Referenz durchschlagen zu lassen.

Du mußt dann nur die Referenz vorgeben.
Ein guter Komparator schaltet schon bei wenigen mV Differenz zum 
Referenzpotential in 20..25 Nanosekunden.

Und unter www.linear.com die AN72 ist sicher hilfreich für Dein 
Vorhaben.

Autor: Harald Kollmann (carbonblack)
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Hallo Andrew Taylor (marsufant),

danke für die schnelle Antwort, der LT1394 ist bestellt.
Mein Problem ist allerdings gerade, dass das Eingangssignal über den 
OP-Amp zur Spannungsreferenz durchschlägt. Der Max4224 verstärkt bis 
1GHz bei einer Verstärkung von 10 (-3dB) sind immerhin noch 195MHz drin 
(laut Datenblatt) dann soll man for die Rückkopplung 130R und zur 
Refernzspannung 15R.
Um auf eine Verstärkung von 100 zu kommen, versuche ich es mit 470R und 
4,7R.
Daher kommt die Belastung der Referenzspannung. (Mal abgesehen davon, 
dass ich ein Händchen dafür habe, Op's zu greifen, bei denen die 
Eingänge mit einander spechen ;-) )
Die Referenzspannung mit einem Op zu stabilisieren, hatte ich schon 
probiert. Mit oben (Datum: 08.10.2010 11:16) genannten Schwierigkeiten. 
Ich muss allerdings zugeben, dass der Op, den ich dafür nahm nicht der 
schnellste war (LM258)

Mal sehn, was kommt.

Her(t)zliche Grüße
Harald

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