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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik sallen-key hochpass schwingt immer ein bisschen


Autor: christoph (Gast)
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Hallo,

ich habe für mein neues Projekt einen Salley-Key Hochpass 4. Ordnung 
aufgebaut, mit einer Grenzfrequenz von 10Hz. Plan und Teilewerte wie in 
Tietze Schenk gemacht.

Die zwei Opamps eines TL082 werden verwendet.

Das Filter funktioniert soweit wie es soll, d.h. wenn man den 
Amplitudenverlauf plottet, dann sieht es aus wie es soll.
Aufbau auf gefertigter doppelseitiger Platine mit Bypass 
100n-Kondensatoren direkt am Opamp. Bisschen weiter weg sind je 10u 
Tantal für die beiden 15V Rails.

Allerdings hat das Filter immer mal wieder solche kurzen Schwingungszüge 
wie im Bild zu sehen. Die Frequenz ist rd. 1MHz.

Was kann man dagegen tun? Wie findet man insbesondere erstmal raus, was 
die Ursache ist.

Wenn man mit nem Synthesizer die Frequenz von 1MHz einspeist, dann hat 
man vom Eingang bis zum Ausgang ca 80° Phasenverschiebung.

TIA

: Verschoben durch User
Autor: Christian Berger (casandro) Flattr this
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OK.

1. Was stellt der Graph da? Welche Einheiten hat der?
2. Welche Schaltung hast du benutzt?

Manche Operationsverstärker neigen dazu zu schwingen, wenn Du sie zu 
stark kapazitiv belastest, aber ohne genaue Schaltung kann man da jetzt 
auch nichts sagen.

Autor: Johannes (Gast)
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> Allerdings hat das Filter immer mal wieder solche kurzen Schwingungszüge
> wie im Bild zu sehen. Die Frequenz ist rd. 1MHz.

Kommen diese Schwingungen regelmäßig, also mit einem festen Zeitlichen 
Abstand, oder eher sporadisch bzw. zufällig verteilt?

Evtl. ist in der Nähe ein Schaltnetzteil, das diese Störungen erzeugt?

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Welche Signalfrequenzen können hier auftreten und sollen sauber 
übertragen werden?

Autor: christoph (Gast)
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Hi,

horizontale Achse: Zeit in Sekunden, Hochwertachse: Spannung am Ausgang 
in Volt.

Die Schwingungen kommen eher unregelmäßig, also kurze Schwingungszyklen 
wie oben abgebildet. Meistens ist aber mehr (im Extremfall Millisek.) 
Abstand dazwischen.

Die Signalfrequenzen die sauber übertragen werden sollen sind von 
einigen Kilo-Hertz bis zu ca. 200kHz. Die Grundwelle ist dabei 
Sinusförmig und hat max. 50kHz, die höheren Komponenten sollen natürlich 
auch noch durch :)

Der Frequenzgang des Filters ist im Bereich von 1kHz bis >200kHz eben, 
wenn ich auf meinen Rechner zugreifen kann, dann poste ich den 
gemessenen Frequenzgang.

Zum Schaltplan: die 2 Tantal Kondensatoren sind nicht eingezeichnet, die 
Widerstandswerte konnten auf leicht beschaffbare E24 Werte gerundet 
werden. Der Plan funktioniert in Spice mit dem Modell des TL082 
einwandfrei. Realitaet und Simulation stimmen gut ueberein, bis auf 
diese kleinen Schwingungen.

Momentan ist der Verstärker ungeschirmt, das werde ich hoffentlich 
morgen ändern.

Bevor es zum Oszi geht ist noch ein Sallen-Key Tiefpass 2. Ordnung 
eingebaut, die Messung erfolgte vor diesem. Eventuell werde ich dessen 
-3dB Frequenz zu tieferen Frequenzen verschieben müssen, aber das ist 
wirklich nur die Notlösung.

- christoph

Autor: christoph (Gast)
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Sorry, jetzt habe ich den Plan zweimal hochgeladen.

Autor: Johannes (Gast)
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> Die Schwingungen kommen eher unregelmäßig, also kurze Schwingungszyklen
> wie oben abgebildet. Meistens ist aber mehr (im Extremfall Millisek.)
> Abstand dazwischen.

Da kann ich mir eigentlich nicht vorstellen, dass diese Schwingungen von 
der Schaltung verursacht werden. Häng mal den Tastkopf direkt an die +/- 
15V und auch an die Masseleitung, ob diese Störungen dort auch sichtbar 
sind.

Evtl. ist es auch Problem des Osziloskops selber. Was ist denn das für 
ein Gerät?

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Kann da eine Kopplung zwischen Ausgang der 2. Stufe und Eingang der 1. 
Stufe sein?
Da hast gesagt bei ca. 1MHz hättest du ca. 80° Phasenverschiebung. Wenn 
das auf eine Stufe bezogen war, dann wären das ca. 160° bei 2 Stufen und 
damit recht nah an der Schwingungsbedingung. Die Schwingung hat ja auch 
etwa 1Mhz wenn ich richtig gesehen habe.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Christian Berger schrieb:
> Manche Operationsverstärker neigen dazu zu schwingen, wenn Du sie zu
> stark kapazitiv belastest,

Das machen alle V-V-Opamps. Wenn du den Opamp auf Unity-Gain 
runterbremst, bekommst du eine verschobene Erste und die unbeeinflusste 
Zweite Eckfrequenz der Differenzverstärkung des OP direkt zu spüren. Die 
machen beim OPamp selbst Open-Loop jeweils 180°. Wie groß ist denn das 
GBW des TL082?


U.R. Schmitt schrieb:
> Da hast gesagt bei ca. 1MHz hättest du ca. 80° Phasenverschiebung. Wenn
> das auf eine Stufe bezogen war, dann wären das ca. 160° bei 2 Stufen und
> damit recht nah an der Schwingungsbedingung.

Das mit den 180° gilt für die offene Schleife. Er hat aber bei 
geschlossener Schleife vorn eingespeist.
mfg mf

PS: GBW = 4MHz, du betreibst ihn mit Gain = 1 und Sallen-Key hat eine 
Mitkopplung(siehe Schaltbild). Mit dem Ausgangswiderstand des ersten und 
den Kondensatoren und dem Hochpass zum +Eingang des Zweiten kann da 
schon was schwingen.
In Spice schwingt von selbst übrigens nicht so viel, da es kein Rauschen 
gibt.

Autor: christoph (Gast)
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@Johannes:
Oszi ist ein Tektronix TDS540A, das Oszi hängt am SMA Stecker X203 -- 
also ohne Tastkopf.

@U.R.Schmitt:
Kopplung zwischen erster und zweiter Stufe könnte natürlich über 
Platinenkapazitäten sein. Die Schaltung ist aufgebaut auf Doppelseitiger 
Platine, die 2 Regionen rund um die Kondensatoren sind mit Massefläche 
überzogen. Das könnte evtl. die Kopplung sein ....

Die 80° sind von Eingang bis Ausgang also schon für beide Stufen 
zusammen.

Meint ihr, das könnte von irgendwelchen Einstrahlungen kommen?

Autor: Johannes (Gast)
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> Meint ihr, das könnte von irgendwelchen Einstrahlungen kommen?

Eine Schwingung, die durch eine Rückkopplung entsteht bzw. verstärkt 
wird, sieht nach meiner Erfahrung nicht so aus; eher sinus-artig, evtl. 
verzerrt. Von daher tippe ich sehr stark auf eine Störung, die irgendwie 
von außen eingekoppelt wird.

Bei Signalen im mV-Bereich kann das viele Ursachen haben, sehr oft 
kommen solche Probleme über die Spannungsversorgung.

> Oszi ist ein Tektronix TDS540A, das Oszi hängt am SMA Stecker X203 --
> also ohne Tastkopf.

Es ist auch gut möglich, dass eine Störung aus dem Stromnetz übers 
Oszi-Gehäuse auf die Masse einkoppelt und von dort irgendwie auf das 
Signal. Oder die Störung entsteht im Oszi selber...

Deswegen solltest du erst mal die Versorugungsspanungen prüfen und auch 
mal das Oszi direkt an Masse anschließen, z.B. einen weiteren 
SMA-Stecker irgendwo an die Platinenmasse anlöten und den Innenleiter 
auch direkt mit Masse verbinden.

Wenn damit die Störung immer noch sichtbar ist, dann ist es definitiv 
eine Störung von außen bzw. aus dem Messgerät selber.

Autor: The Riddler (Gast)
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christoph schrieb:
> Oszi ist ein Tektronix TDS540A, das Oszi hängt am SMA Stecker X203 --
> also ohne Tastkopf.

Ein OP-Ausgang darf nie direkt auf ein Koax-Kabel gehen.
So ein Koax-Kabel hat 80pF pro Meter und mehr!
Immer einen Widerstand, z.B. 50 bis 150 Ohm vorschalten!

Autor: christoph (Gast)
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Jetzt habe ich die ganze Schaltung mal in einen Schnellkochtopf gepackt 
:)

Kochtopf ist mit der Oszi-Erde verbunden. Der Eingang des Hochpasses 
(auch SMA Stecker auf der Platine) ist geerdet.

Da ist alles sauber bis die den Peak bei 250kHz. Bisher habe ich an der 
Stromversorgung noch nichts geändert, die Peaks unter 250kHz könnten 
natürlich davon kommen, denn ich habe hier gleich neben den 
Laborschnüren 2 LCD Monitore, dann noch PC, Oszi und was man sonst noch 
so hat.

@The Riddler:
Das Koax Kabel in den Bildern hatte <0.5m...

Die Schaltung hat für den Produktiveinsatz mit einem Linedriver mit 
Current Feedback Opamp (und Tiefpass 2. Ordnung) ausgestattet, der 
treibt ein 50Ohm abgeschlossenes Oszi.

Autor: franz (Gast)
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Meinr Vermutung:

Ein aktiver Hochpass ist nur durch die interne Frequenzkompensation 
bandbegrenzt. Da ist dann wenig Phasenreserve vorhanden.

Die zweite Stufe hat eine größere Güte und das neigt bei kleinen 
Anregungen zum schwingen.

Versuch 1
Wie schon erwähnt - Spannungversorgung

Versuch 2
Nur eune Stufe messen

Versuch 3
Schnelleren OPV
(z.B. OP2604)

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Jetzt miss doch endlich mal mit 10:1 Tastkopf.

1:1 misst man im Frequenzbereich bis 100MHz nur in Ausnahmefällen und 
dann direkt in 50Ohm.

Autor: Johannes (Gast)
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> Jetzt miss doch endlich mal mit 10:1 Tastkopf.

> 1:1 misst man im Frequenzbereich bis 100MHz nur in Ausnahmefällen und
> dann direkt in 50Ohm.

Bei 1..2 mV Signalamplitude wird man mit 10:1 nicht mehr viel sehen...

Autor: Benito (Gast)
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Sowas hatte ich mal bei einer Schaltung, die mit einem HAMEG Netzteil 
versorgt wurde.
Dieses hat im Millisekundentakt ein Schwingungspaket mit 1 MHz 
generiert.

Also: Spannungsversorgung und Masse prüfen!

Autor: The Riddler (Gast)
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christoph schrieb:
> @The Riddler:
> Das Koax Kabel in den Bildern hatte <0.5m...

trotzdem, du must jede Möglichkeit abchecken wo deine Störung 
herkommt...
also probier
1. einfach mal einen 100 Ohm zwischen OP-Verstärker-Ausgang und 
SMA-Buchse.
2. Schau dir mal die Stromversorgung an, mit 1µF vor dem Oszi oder Oszi 
auf AC stellen.

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