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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstaerker mit inverser charakteristik


Autor: Frank (Gast)
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Hallo

Ich bin auf der suche nach einem Verstaerker eine inverse 
Verstaerkungscharakteristik aufweist.
Mein Problem: ich habe einen Ultraschallsensor der ueber eine H-Bruecke 
angesteuert wird. Das ist der Sender. Beim empfangen jedoch hab ich das 
Problem das je weiter mein Objekt von dem Sender entfernt ist um so 
schwaecher wird die Amplitudes des ankommenden Signal. ich moechte aber 
immer die gleiche Siganlamplitude haben unabhaengig von der Entfernung 
des Objektes. Des weiteren waere noch dazu zu sagen die Amplitude des 
Empfaengersignals mit dem Abstand quadratisch abnimmt.

Kann mir da jemand weiterhelfen???

Danke schonmal

: Verschoben durch Moderator
Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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AGC ?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Bei US ist es üblich die Verstärkung linear mit der Zeit zu erhöhen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Frank schrieb:
> ich moechte aber immer die gleiche Siganlamplitude haben unabhaengig
> von der Entfernung des Objektes.
Warum? Wofür?


Abdul K. schrieb:
> Bei US ist es üblich die Verstärkung linear mit der Zeit zu erhöhen.
Das wird nicht ganz reichen, denn
Frank schrieb:
> Des weiteren waere noch dazu zu sagen die Amplitude des
> Empfaengersignals mit dem Abstand quadratisch abnimmt.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Klaus De lisson schrieb:
> AGC ?

Wird nicht so richtig funktionieren. Bis die eingeschwungen ist , ist 
das Signal schon laengst weg.


Am besten du baust dir eine Verstaerkerstufe auf die du mit einer 
Spannung einstellen kannst. Es gibt da mehrere Moeglichkeiten:

1. Multiplizierender DAC
2. Analogmultiplizierer
3. FET in der Gegenkopplung
4. Dioden deren Durchlasswiderstand durch eine Gleichspannung gesteuert 
wird  in der Gegenkopplung

Das ganze wird dann vom Prozessor gesteuert . Dann kannst du dann deine 
Kennlinie drin ablegen.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Frank,
Warum stört Dich eine abnehmende Amplitude? Es geht doch vermutlich um 
Laufzeitmessungen. Ich würde sagen, da detektiert man den 
Null-Durchgang. Somit dürfte die Amplitude nebensächlich sein.
Gruss Klaus.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Lothar Miller schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Bei US ist es üblich die Verstärkung linear mit der Zeit zu erhöhen.
> Das wird nicht ganz reichen, denn
> Frank schrieb:
>> Des weiteren waere noch dazu zu sagen die Amplitude des
>> Empfaengersignals mit dem Abstand quadratisch abnimmt.

Lineare Verstärkungszunahme reicht aus, da es hier um Schalldruck und
Spannung und nicht um Schallintensität und Leistung geht. Wenn man es
genauer haben möchte, muss man noch die Schallabsorption in der Luft
berücksichtigen. Insgesamt ergibt sich also

Alpha hängt von der Schallfrequenz, dem Luftdruck, der Lufttemperatur
und der Luftfeuchtigkeit ab. Hier gibt es einen Rechner zur Berechnung
der Absorptionsdämpfung in dB/m

  http://www.sengpielaudio.com/calculator-air.htm

und hier sind die Formeln dazu

  http://www.sengpielaudio.com/AirdampingFormula.htm

Aber so genau braucht man's üblicherweise nicht, da es ja nur um eine
grobe Anpassung des Dynamikbereichs des Verstärkers geht und weitere
Einflussfaktoren wie der Reflexionsgrad des detektierten Objekts meist
ohnehin nicht bekannt sind.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Helmut Lenzen schrieb:
> Klaus De lisson schrieb:
>> AGC ?
>
> Wird nicht so richtig funktionieren. Bis die eingeschwungen ist , ist
> das Signal schon laengst weg.

Yep.


>
>
> Am besten du baust dir eine Verstaerkerstufe auf die du mit einer
> Spannung einstellen kannst. Es gibt da mehrere Moeglichkeiten:
>
> 1. Multiplizierender DAC
> 2. Analogmultiplizierer
> 3. FET in der Gegenkopplung
> 4. Dioden deren Durchlasswiderstand durch eine Gleichspannung gesteuert
> wird  in der Gegenkopplung
>
> Das ganze wird dann vom Prozessor gesteuert . Dann kannst du dann deine
> Kennlinie drin ablegen.

Du hast aber vergessen, das diese Methoden einen nur sehr begrenzten 
Dynamikbereich haben. Also ich meine die einstellbare 
Verstärkung/Dämpfung. Eventuell werden es also mehrere Stufen.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Yalu X. schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Abdul K. schrieb:
>>> Bei US ist es üblich die Verstärkung linear mit der Zeit zu erhöhen.
>> Das wird nicht ganz reichen, denn
>> Frank schrieb:
>>> Des weiteren waere noch dazu zu sagen die Amplitude des
>>> Empfaengersignals mit dem Abstand quadratisch abnimmt.
>
> Lineare Verstärkungszunahme reicht aus, da es hier um Schalldruck und
> Spannung und nicht um Schallintensität und Leistung geht. Wenn man es
> genauer haben möchte, muss man noch die Schallabsorption in der Luft
> berücksichtigen. Insgesamt ergibt sich also
>

Hm. Ist wohl eher jein. Der Sender hat einen Öffnungswinkel und strahlt 
mitnichten nur in einem dünnen Weg. Daher bleibt ein quadratischer 
Anteil. Keine Ahnung, ob der vernachlässigbar ist. Hängt ja auch vom 
realen Aufbau ab.

Ist es nicht so, daß eine punktförmige Strahlungsquelle bei Wellen 
grundsätzlich eine quadratische Abhängigkeit hat?

Jedenfalls wird es bei US-Abstandsensoren in Kameras linear gemacht.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Abdul K. schrieb:
> Ist es nicht so, daß eine punktförmige Strahlungsquelle bei Wellen
> grundsätzlich eine quadratische Abhängigkeit hat?

Du hast insofern recht, dass bei radialer Abtrahlung die Intensität
(also die Leistung pro Flächeneinheit) mit dem Qudrat zum Abstand von
der Quelle abnimmt. Hier geht es aber nicht um die Leistung, sondern um
die Spannung (auf elektrischer Seite) bzw. um den Schalldruck (auf
akustischer Seite). Beide sind proportional zur Wurzel aus der Leistung
und damit umgekehrt proportional zum Abstand.

Da die Wegstrecke des Schalls proportional zur Laufzeit ist, ist es also
korrekt, den Verstärkungsfaktor linear mit der Zeit zunehmen zu lassen.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Frank,

> Ich bin auf der suche nach einem Verstaerker eine inverse
> Verstaerkungscharakteristik aufweist.
> Mein Problem: ich habe einen Ultraschallsensor der ueber eine H-Bruecke
> angesteuert wird. Das ist der Sender. Beim empfangen jedoch hab ich das
> Problem das je weiter mein Objekt von dem Sender entfernt ist um so
> schwaecher wird die Amplitudes des ankommenden Signal. ich moechte aber
> immer die gleiche Siganlamplitude haben unabhaengig von der Entfernung
> des Objektes. Des weiteren waere noch dazu zu sagen die Amplitude des
> Empfaengersignals mit dem Abstand quadratisch abnimmt.
>
> Kann mir da jemand weiterhelfen???
ich denke schon. Allerdings solltest Du Dich zunächst einmal festlegen, 
welche Art Ultraschall Du verwendest:
- Luftultraschall (20 kHz-500kHz) oder
- medizinischen Ultraschall (1-30 MHz) oder
- ZfP (1-250 MHz), ZfP: Zerstörungsfreie Prüfung

Für medizinischen Ultraschall gibt es Standardbauelemente, bei denen Du 
die Verstärkung während des Empfangs mit einem Analogsignal einstellen 
kannst. Die Verstärkung in dB ist dabei proportional zur analogen 
Spannung.

Der Grund für die dB-Skala ist in diesem Fall jedoch nicht die 
Aufweitung des Schallfeldes, sondern die Dämpfung, die typischerweise 
eine exponentielle Charakteristik aufweist und in der Einheit dB/(MHz 
cm) angegeben wird.


Gruß,
  Michael

Autor: Max (Gast)
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Bau einen Differenzverstärker auf und lass den Emitterstrom 
kontinuierlich ansteigen.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Max schrieb:
> Bau einen Differenzverstärker auf und lass den Emitterstrom
> kontinuierlich ansteigen.

Das bringt aber nur einen Regelbereich von 30 vielleicht 40dB. Besser 
ist ein von außen regelbarer ZF-Verstärker wie im TCA440 (bis ca. 2MHz) 
oder das hier diskret:
http://www.dietmar-weisser.de/analogtechnik/VGA/vga_1.php

Wenns einer testet, wäre ich über die Ergebnisse sehr erfreut.


Hach, ein Update des TCA440 wäre was zu Weihnachten.


Und hier noch was, weils im gleichen Ordner auf der Platte lag, zur 
Reichweite:
<angehängt>

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Abdul K. schrieb:
> Max schrieb:
>> Bau einen Differenzverstärker auf und lass den Emitterstrom
>> kontinuierlich ansteigen.
>
> Das bringt aber nur einen Regelbereich von 30 vielleicht 40dB.

40dB sind doch schon eine ganze Menge. Wenn man einmal davon ausgeht,
dass Frank einen Luftultraschallsensor mit etwa 40kHz bauen will (das
wollen die meisten US-Interessierte hier im Forum), ergibt dies einen
Bereich von bspw. 5cm bis 5m, in dem die Empfangsamplitude konstant
bleibt.

> Besser ist ein von außen regelbarer ZF-Verstärker wie im TCA440 (bis
> ca. 2MHz) oder das hier diskret:
> http://www.dietmar-weisser.de/analogtechnik/VGA/vga_1.php

Die im Link gezeigte Schaltung ist exakt das, was Max vorschlug, nur
dass hier zwei dieser Differenzverstärker hintereinandergeschaltet sind,
um den Verstärkungsbereich zu vergößern. Der Autor gibt den Bereich mit
90dB an, was 45dB bei einem einzelnen Verstärker entspräche.

Auch der TCA440 verwendet ein ähnliches Prinzip, allerdings wird hier
nicht der Emitter- sondern der Kollektorstrom der Differenzverstärker-
stufen eingestellt.

> Hach, ein Update des TCA440 wäre was zu Weihnachten.

Wenn es primär um die variable Verstärkung geht, braucht man bei den
einschlägigen Herstellern nur nach "Variable Gain Amplifier" zu suchen.
Da gibt es eine recht gute Auswahl.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Yalu X. schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Max schrieb:
>>> Bau einen Differenzverstärker auf und lass den Emitterstrom
>>> kontinuierlich ansteigen.
>>
>> Das bringt aber nur einen Regelbereich von 30 vielleicht 40dB.
>
> 40dB sind doch schon eine ganze Menge. Wenn man einmal davon ausgeht,
> dass Frank einen Luftultraschallsensor mit etwa 40kHz bauen will (das
> wollen die meisten US-Interessierte hier im Forum), ergibt dies einen
> Bereich von bspw. 5cm bis 5m, in dem die Empfangsamplitude konstant
> bleibt.

So gesehen, stimmt.


>
>> Besser ist ein von außen regelbarer ZF-Verstärker wie im TCA440 (bis
>> ca. 2MHz) oder das hier diskret:
>> http://www.dietmar-weisser.de/analogtechnik/VGA/vga_1.php
>
> Die im Link gezeigte Schaltung ist exakt das, was Max vorschlug, nur
> dass hier zwei dieser Differenzverstärker hintereinandergeschaltet sind,
> um den Verstärkungsbereich zu vergößern. Der Autor gibt den Bereich mit
> 90dB an, was 45dB bei einem einzelnen Verstärker entspräche.
>

Habe ich nicht abgestritten. Dort sieht man das als fertigen Entwurf 
inkl. der Verschaltung mehrerer Stufen.
In ICs sind diese ZF-Verstärker ja meist aus noch mehr Stufen.


> Auch der TCA440 verwendet ein ähnliches Prinzip, allerdings wird hier
> nicht der Emitter- sondern der Kollektorstrom der Differenzverstärker-
> stufen eingestellt.
>
>> Hach, ein Update des TCA440 wäre was zu Weihnachten.
>
> Wenn es primär um die variable Verstärkung geht, braucht man bei den
> einschlägigen Herstellern nur nach "Variable Gain Amplifier" zu suchen.
> Da gibt es eine recht gute Auswahl.

Nun vergleiche mal den Preis des TCA440 mit denen von Analog usw. Ich 
selbst wäre an einem günstigen VGA interessiert. Aber wo sind die? Hast 
du Vorschläge?
Der TCA440 ist halt einer der wenigen bei denen da man noch rankommt. Es 
gibt nicht so viele, bei denen der ZF-Verstärker einen echten Ausgang 
hat. Meist ist der Demodulator direkt hinten dran. Runter bis DC ist 
dann illusorisch.

Gut, ich weiß nicht welche Stückzahlen überhaupt angestrebt werden. 
Klang aber nach Bastlerprojekt. Da ist ein IC wie der TCA440 gangbar. 
Auch wenn er nicht mehr hergestellt wird, gibts ihn noch in großen 
Mengen.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Abdul K. schrieb:
> Nun vergleiche mal den Preis des TCA440 mit denen von Analog usw.

Naja, wie wir ja alle wissen, sind die Preise von Analog ebenso wie die
von Linear über jeden Vergleich erhaben ;-)

Wo kaufst du üblicherweise den TCA440? Die einzige Quelle, die ich auf
die Schnelle gefunden habe, ist Reichelt, und die wollen 8,85€ dafür.
Bei dem Preis lohnt sich vielleicht doch ein Blick auf die Analog- oder
Linear-Webseite.

> Ich selbst wäre an einem günstigen VGA interessiert. Aber wo sind die?
> Hast du Vorschläge?

Hast du dir mal den TL026 von TI angeschaut? Der kostet bei Digikey
1,78€, ist aber dafür bei Reichelt & Co nicht zu bekommen. Der deutlich
leistungsfähigere LMH6505 von National kostet bei Digikey 5,59€.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Hallo Yalu -

Den TCA440 kaufe ich bei mir ;-) Habe noch ne Kiste mit 100 Stück. Das 
reicht zwar nicht für Produktion, aber der TCA440 wandert eh kraft 
seiner 30MHz-Grenze eh nicht mehr in aktuelle Verkaufssachen. Höchstens 
als 2. ZF-Mischer ;-)

Interessant wäre mal ein Bericht, ob die ganzen Chinesen den auch 
liefern. Ich meine, ganz und nicht defekt oder mit astronomischen 
Rauschwerten.

Soweit ich die Preisentwicklung für TCA440 im Kopf habe, steigt er 
gerade langsam an. Die Lager werden wohl nun doch leer.

-
zu Analog und Consorten:
Verstehe ich seit langem nicht, warum die ganzen Kleinfirmen u.a. in DE 
nicht in Konkurrenz gehen. VGA wäre ein guter Markt für ne Minifirma. 
Technologisch sicherlich auch gut in den Griff zu kriegen.

Solange da bekannte Oligopol weiter besteht, ist es wie mit den 
Energiepreisen.

-
TL026 sagt mir nix im Hirn. Werde gleich mal schauen...

LMH6505 hab ich schon gehört. Muß ich aber auch erstmal ansehen. Der 
Preis ist mit 6 Euronen aber hart an meiner persönlichen Grenze.


Aber gut, wenn auf meine Fragen mal einer antwortet. Danke!

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ah. Eine Abart vom NE592 und uA733. Nett.

Ich werde alt, hatte ich im Januar 2010 auf die Platte gebannt.
Da ist ja auch meine Liste all der anderen. Huch.

Hier noch ein Paper zur Reihenschaltung:
http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=140688
Kann das jemand reinstellen?


Also der wäre ne Möglichkeit bei dem Preis, abgesehen vom 
Stromverbrauch. Scheint beim Rauschen auch noch erträglich.


Der LMH6505 4 3:
Hm. Eher ein Attenuator. Ob man die für Mixer benutzen kann? Sind ja mit 
recht kräftigem Ausgang ausgestattet.

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