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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Vorverstärker mit einem Transistor


Autor: Jens (Gast)
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Hallo,

möchte einen Vorverstärker bauen, ähnlich einer Kondensatorkapsel, wo 
ich am Kollektor eine lange Leitung anschließen kann.

Also z.B. Tonabnehmer an einen S-FET (Gate) und dann Ausgang ans Kabel 
und am Ende des Kabels Spannung einspeißen.

Gibt es einen Tipp, welcher Transistor geeignet ist, welche Schaltung?

Danke.

Autor: Thomas Kiss (Gast)
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Ein Widerstand mit 10000M ??

Autor: ArnoR (Gast)
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Wie lang ist denn die Leitung? Man kann mit 100pF/m Kabelkapazität 
rechnen. Damit und mit der gewünschten Bandbreite ergibt sich der 
Drainwiderstand des SFET. Nun noch den Drainwiderstand durch die 
gewünschte Verstärkung teilen und man hat die inverse Steilheit des SFET 
und sucht sich den dann anhand der Datenblätter aus.

Autor: mexman (Gast)
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Hallo Jens,

> möchte einen Vorverstärker bauen, ähnlich einer Kondensatorkapsel, wo
> ich am Kollektor eine lange Leitung anschließen kann.

Bitte beschreibe genau was Du moechtest.

Das Schaltbild passt nicht zu einem allgemein verwendbaren 
NF-Vorverstaerker, sondern zu einem Ladungsverstaerker, wie er in den 
Elektetmikrofonkapseln eingebaut ist.

Willst Du
- Wissen, welcher Transistor fuer DIESE Schaltung geeignet ist?
- Eine passende Schaltung fuer einen Mikrofonverstaerker, an den Du eine 
lange Leitung anschliessen kannst.
- Wissen wie man einen Tonabnehmer (welchen?) an einen FET anschliesst?
- .....


Deine Schaltung ist gut zum Verstehen einer Elektrtkapsel mit 
eingebautem Vorverstaerker, aber nicht zum Anschliessen eines langen 
Kabels an einen Tonabnhemer.

Da gibt's besseres.


Schreibn doch mal, um welchen Tonabnhemer es sich handelt, wie lange das 
Kabel sein soll und warum dazwischen ein Vorverstaerker soll....


Gruss

Michael

Autor: Jens (Gast)
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Danke erst mal.

Die Schaltung mit dem hohen Wid. ist aus eine Mikrofonkapsel (I-Net 
Beitrag). Der hohe Widerstand ist im SFET integriert.

Ich möchte einen Piezzoschallwandler (diese kleinen Scheiben) mit einem 
ca. 20m langen abgeschirmten Kabel verbinden.

Habe als Test einen Transistor genommen und von B zu C einen Widerstand 
von 100K geschaltet. Basis an den Tonabnehmer und C und Masse über das 
Kabel raus geführt. Am Ende dann einen Kollektorwid. an VCC und das 
Ergebnis war recht gut (außer leichtem Brummen).

Meine Frage ist, ob es eine bessere (auf das 
Rauschen/Brummen/Wirkungsgrad bezogene) Variante gibt.

Der Piezzoschallwandler soll eine Erschütterung dedektieren (eben 20m 
entfernt), muss also sehr hoch verstärkt werden.

Es reicht vielleicht ein Transistor? Aber die Dimensionierung?

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Wie wäre es mit einer Kaskodeschaltung?

Ralph Berres

Autor: Jens (Gast)
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Sicher o.k., aber ich darf nur mit 2 Drähten rausgehen (ähnlich 
Mikrofonkapsel), also Masse und Open-Kollektor. Habe keine weitern Kabel 
mehr - alles schon verlegt (leider).

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Genau das geht mit einer Kaskodenschaltung.

Ralph Berres

Autor: ArnoR (Gast)
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Für einen Piezowandler solltest du tatsächlich einen SFET und keinen 
Bipolartransistor als Verstärker nehmen. Wie man das vereinfacht 
dimensioniert habe ich oben schon einmal beschrieben. Aber zu den für 
die Dimensionierung wichtigen Daten hast du ja nichts gesagt.

Eine Kaskodeschaltung bringt hier nur etwas, wenn du wegen der 
Kabelkapazität Probleme mit der oberen Grenzfrequenz hast.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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ArnoR schrieb:
> Eine Kaskodeschaltung bringt hier nur etwas, wenn du wegen der
>
> Kabelkapazität Probleme mit der oberen Grenzfrequenz hast.

Um die obere Grenzfrequenz ging es hier nur sekundär.
Man kann den Kollektorwiderstand dadurch sehr gut ans andere Kabelende 
verlagern, weil eine nachfolgende Verstärkerschaltung in Basisschaltung 
einen sehr niedrigen Eingangswiderstand hat und somit das Kabel als 
Störquelle eliminiert wird. Ich betreibe meine abgestzte DCF77 Antenne 
genau so, und kann deswegen ohne Probleme 100m RG174 verwenden, ohne das 
Signal negativ zu beeinflussen. Der Hauptvorteil ist tatsächlich das man 
keinen zusätzlichen Leiter für die Stromversorgung des 
Eingangstransistors braucht, und die zweite Stufe sehr großsignalfest 
ist.

Ralph Berres

Autor: ArnoR (Gast)
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Ralph Berres schrieb:

> Man kann den Kollektorwiderstand dadurch sehr gut ans andere Kabelende
> verlagern
> Der Hauptvorteil ist tatsächlich das man keinen zusätzlichen Leiter für
> die Stromversorgung des Eingangstransistors braucht

Aber so ist das doch auch bei einer einfachen Verstärkerstufe, auch dort 
kann man den Drainwiderstan ans andere Kabelende legen. Nur hat man dort 
die anderen genannten Vorteile nicht.

Autor: Jens (Gast)
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Nochmal zum Zweck der Übung.

Eigentlich will ich nur eine Erschütterung auf einer kleinen (50x25cm) 
Gehwegplatte messen, quasi als Alarmmesser. Also, wenn jemand drüber 
geht, denn gibt es eine "Erschütterung". Das habe ich ausprobiert, aber 
der Ausschlag ist so gering, dass ich viel verstärken muss und dann 
dementsprechend Störgeräusche habe (Brummen).

Habe als Test einfach mal den SFET aus der Mikrofonkapsel verwendet. Das 
funktioniert. Nun müsste ich nur noch das Brummen weg bekommen.

Autor: ArnoR (Gast)
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Die Frage ist dabei woher das Brummen kommt. Wird es in den Sensor 
eingekoppelt und mitverstärkt oder ins Kabel eingekoppelt? Das kannst du 
durch Eingangskurzschluss ermitteln. Wenn das Brummen jetzt weg ist, 
erfolgt die Einkopplung in den Sensor, ansonsten ins Kabel. Bei 
Einkopplung ins Kabel hilft die Kaskodeschaltung, bei Einkopplung in den 
Sensor musst du filtern oder abschirmen.

Autor: mexman (Gast)
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Hallo Jens,

> Ich möchte einen Piezzoschallwandler (diese kleinen Scheiben) mit einem
> ca. 20m langen abgeschirmten Kabel verbinden.

> Der Piezzoschallwandler soll eine Erschütterung dedektieren (eben 20m
> entfernt), muss also sehr hoch verstärkt werden.


Hey, das ist doch mal eine Spitzenaussage...endlich.

Ich habe hier eine prima Schaltung dafuer.
Ich benutze sie fuer ebensolche Aufnehmer und registriere 10000km 
entfernte Erdbeben damit.

Die Auswerteschaltung habe ich hier nicht gezeigt, denn die beinhaltet 
eine Menge mehr Gehirnschmalz.

Die untere Grenzfrequenz liegt bei meinen Teilen bei 0.1Hz. Hanegt von 
dem von Dir benutzten Piezo ab (Kapazitaet).

Der Eingangswiderstand ist durch die Bootstrapschaltung ungefaehr 100 
MOhm.
Wenn Du eine andere Betriebsspannung benutzt, musst Du evtl. R6 anpassen 
(mit Simulation wie LTSpice oprtimieren!).


Die Schaltung ist auch ohne den zweiten Transistor funktionsfaehig 
(Statdessen ein R), hat aber dann schlechtere Performance.

Achtung: Bei EInschalten dauert es wegen der hohen Impedanzen lange, bis 
das Ausgangssignal stabilisiert.



Gruss

Michael

Autor: mexman (Gast)
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Das Brummen bekommst Du nur weg, wenn der Piezo-Geber komplett geschirmt 
ist.
Das kommt daher, dass der Eingang der Schaltung so hochohmig ist.

Ist auch garkein Problem: Wenn Du eine normale Piezoscheibe hast, dann 
befestigst Du darauf einfach ein Gewicht.
Damit die Resonanzfrequenz dieses Beschleunigungsaufnehmers - was 
anderes ist das nicht - moeglichst klein ist, ein moeglichst grosses 
Gewicht ;-)

Dann das ganze mit dem Verstaerker in ein wasserdichtes 
Aluminiumgehaeuse verklebt (kraftschluessig) in den Sand unter Deiner 
Wegplatte gelegt.

Sollte sich das Teil irgendwo dennoch Brumm einfangen (bei mir passiert 
das bei extrem hohen Empfindlichkeiten der nachfolgenden Stufen 
natuerlich auch) dann laesst sich das einfach ausfiltern. Entweder mit 
einem Notch-Filter, wenn Du die Frequenzen ueber 40 Hertz auch auswerten 
willst.
Bei Dir reicht aber ein Messbereich bis 20Hz.
So kannst Du leicht ein Tiefpass mit 30Hz Grenzfrequenz nachschalten und 
der Brumm ist weg!

Der o.a. Eingangteil hat uebrigens die Verstaerkung 1,

Gruss


Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Jens,

in den allermeisten Fällen ist das eine Aufgabe für einen 
Operationsverstärker.
Welche Eingangsimpedanz benötigst Du, und bei welcher Frequenz willst Du 
arbreiten.

Gruß,
  Michael

> möchte einen Vorverstärker bauen, ähnlich einer Kondensatorkapsel, wo
> ich am Kollektor eine lange Leitung anschließen kann.
>
> Also z.B. Tonabnehmer an einen S-FET (Gate) und dann Ausgang ans Kabel
> und am Ende des Kabels Spannung einspeißen.
>
> Gibt es einen Tipp, welcher Transistor geeignet ist, welche Schaltung?

Autor: mexman (Gast)
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Michael Lenz schrieb:
> in den allermeisten Fällen ist das eine Aufgabe für einen
> Operationsverstärker.

Hallo Michael,

das ist in den wenigsten Faellen eine Aufgabe fuer einen 
Operationsvertaerker.
Gruende gibt es genug. In diesem Fal ist die hochintegration bei OPAs 
kontraproduktiv, z.B. fuer die Fernspeisung.
Ausserdem liegen die Beinchen selbst bei DIP Packages viel zu nah 
beieinander, um im Praktischen Aufbau eine Eingangsimpedanz von 
300-500MOhm zu erreichen.

Ich arbeite seit Jahren an der Entwicklung von seismischen Aufnehmern 
und Signalaufbereitung und kann Dir versichern, dass niemand ernsthaft 
Operationsverstaerker fuer diesen Bereich einsetzt.

Der Fragesteller war sehr klar: Seismischer Aufnehmer mit Piezogeber.
Damit sind Signalstaerke und Impedanz (unendlich) ebenso klar wie der 
Frequenzbereich.

Wenn Du weisst, wie man diese klar umrissenen Anforderungen mit OPA 
erfuellt, solltest Du das hier schreiben anstatt mit Allgemeinplaetzen 
um Dich zu werfen, denn das hilft keinem Fragesteller.

Gruss

Michael

Autor: Jens (Gast)
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Danke an alle,

ich denke, es wird der 2SK170 als Eingangsstufe und ein Widerstand, 
ähnlich wie beim Elektretmikro.

Was meinst Du (Michael) mit dem Gewicht? Die Scheibe ist ja ein 
Messingblättchen und darauf die graue empfindliche Schicht, welche 
ziemlich schnell wegschmilzt beim Löten. Wenn ich darauf ein 
"Kleinstgewicht" montiere, wird der übertragene Frequenzbereich 
wesentlich tiefer - logisch. Meinst Du das?

Ansonsten würde ich das Blättchen (Piezzo) in den Stein einkleben und 
vorher natürlich in eine abgeschirmte Metallkapsel stecken. Der 
Schaltplan am Blättchen wäre dann nur SFET, Gate an Piezzo und z.B. 
4,7MOhm Widerstand zwischen Gate und Source, Source als Masse und Drain 
als Ausgang.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Hallo,

> Was meinst Du (Michael) mit dem Gewicht? Die Scheibe ist ja ein
> Messingblättchen und darauf die graue empfindliche Schicht, welche
> ziemlich schnell wegschmilzt beim Löten. Wenn ich darauf ein
> "Kleinstgewicht" montiere, wird der übertragene Frequenzbereich
> wesentlich tiefer - logisch. Meinst Du das?

Ja. Deine Piezoscheibe hat eine Resonanzfrequenz von mehreren kHz. 
Unterhalb der Resonanzfrequenz sinkt die Ausgangsspannung mit 
12dB/Oktave.
Das bedeutet, dass Du bei den interessierenden Frequenzen 1..20Hz >80dB 
geringere Empfindlichkeit hast.....und das musst Du erst mal wieder per 
Verstaerkung herausholen......
Wenn Du die Membrane schwerer machst, dann reduziert sich die 
Resonanzfrequenz.
Kleb mal ein paar Cenststueckchen oder M10er Muttern auf, und die 
Resonanzfrequenz liegt leicht unter 50 Hz.....
Stell Dir vor: Jetzt verlierst Du nur noch 20dB. Hast also mit einer 
M10er Mutter 60dB verstaerkt und das ohne Stromverbrauch.


> Ansonsten würde ich das Blättchen (Piezzo) in den Stein einkleben und
> vorher natürlich in eine abgeschirmte Metallkapsel stecken. Der
> Schaltplan am Blättchen wäre dann nur SFET, Gate an Piezzo und z.B.
> 4,7MOhm Widerstand zwischen Gate und Source, Source als Masse und Drain
> als Ausgang.

Ah, verstehe...."fremdgespeist".

4.7MOhm ist recht klein fuer einen Piezoeingang.
Piezos haben je nach Grosse leicht eine Eigenkapazitaet von mehreren 
Nanofarad.
Damit hast Du dann schon einen Hochpass geschaffen, 100-500Hz 
Grenzfrequenz.
Und damit daempfst Du Frequenzen von 1..20Hz gewaltig.
Die EIngangsimpedanz sollte 10 bis 100 mal grosser sein!

Also besser mal einen Probeaufbau machen.


Ich wuerde das ganze, eingepackte Kaestchen, lieber unter der 
Gehwegplatte anbringen...was dachtest Du?

Gruss

Michael

Autor: Jens (Gast)
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Andere Idee wäre, für 0,65 eine Elektretkapsel zu opfern, dort ist ja 
der SFET mit dem intergrierten hohen Widerstand drin. Mein Muster läuft 
ja damit. Das mit den Resonanzgewichten probiere ich heute aus, ich habe 
das auch schon gemacht für ein Instrument mit einem Minigewicht (mit 
einem Stück kleinem Nagel), da kamen die Bässe wunderbar.
Die Fläche unter der Platte ist eben, aber vielleicht kann man da einen 
Platz finden. Andere Idee (werde ich probieren) wäre, eine Art Nagel in 
die Platte zu stecken/kleben und diesen dann mit dem Kästchen zu 
verbinden, so dass der Stein fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

Danke erst mal ...

Autor: Michael (Gast)
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@ArnoR

>Wie lang ist denn die Leitung? Man kann mit 100pF/m Kabelkapazität
>rechnen. Damit und mit der gewünschten Bandbreite ergibt sich der
>Drainwiderstand des SFET.

Hallo Arno, nur mal zum verständnis, meinst du die Grenzfrequenz oder 
wirklich die Bandbreite. Wenn ich dich richtig verstanden habe!

Denks du an einem Tiefpassfilter.
      R
     ____
----|______|-----------
                  |
                  |
                 _
                 _ Kabelkapazität
                  |
                  |
-----------------------

Sorry mich interesiert dein vorgehnsweise. Das hört sich vernünftig an.


Danke

Autor: ArnoR (Gast)
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Ich bin davon ausgegangen, dass die untere Grenzfrequenz=0 ist und dann 
sind Bandbreite und obere Grenzfrequen gleich, gemeint ist natürlich die 
obere Grenzfrequenz.
Mit 20m Kabel, also C=2nF und Grenzfequenzen im Hertz-Bereich erhält man 
für R Werte im Megaohm-Bereich. Dies ist jetzt keine gute 
Dimensionierungsgrundlage. Was du eigentlich messen wolltest , also 
welche obere Grenzfrequenz nötig ist, hast du ja erst später gesagt. 
Falls tatsächlich verstärkt werden soll, würde ich jetzt einen SFET mit 
einigen mA Idss nehmen und den Drainwiderstand entsprechend auswählen. 
z.B. BF256A mit Idss=5mA ->Drainwiderstand=500 Ohm, dann erhält man bei 
Ugs=0 etwa Ids=5mA und Uds=2,5V. Die Verstärkung ist mir der Steilheit 
des SFET von 6mA/V etwa 3-fach. Eine höhere Verstärkung erreicht man 
durch Einsatz einer Konstantstromquelle anstelle des Rd. Falls nur eine 
Impedanzwandlung ohne Verstärkung gemacht werden soll, geht die oben 
gezeigte Schaltung von mexman.

Autor: Jens (Gast)
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Die Schaltung von mexman geht aber nicht über nur 2 Drähte -- oder doch? 
Wenn ja wie?

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Hallo Jens,

geht.
Gib mir ein paar Tage das rauszusuchen. Hatte ich auch in Betracht 
gezogen, dann aber nicht gebraucht.

Gruss

Michael

Autor: ArnoR (Gast)
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Die Schaltung von mexman geht nicht über 2 Drähte. Es muss +Ub, Masse 
und der Ausgang übers Kabel geführt werden. Bei der einfachen Schaltung 
entfällt die Leitung für +Ub. Warum willst du diese Schaltung nehmen? Es 
ist besser, gleich direkt am Sensor zu verstärken, auch wenn es nur 
3-fach ist, als das Signal das Kabel lang zu führen und dann die 
eingekoppelten Störungen mit zu verstärken.

Autor: mamikoe (Gast)
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Hallo,
kann ich zu diesem Fred noch eine Frage stellen, verfolgt den noch 
jemand?
Mark

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