Liebe Kollegen, für eine Ionisationskammer baue ich einen Pulsverstärker (A = 10), von denen 3 in Serie geschaltet werden, um die Verstärkungen 10x, 100x und 1000x zu bekommen. Es sind nichtinvertierende OpAmp-Verstärker. Die Puls-Wiederholfrequenz liegt bei max. 50 kHz und die Pulsdauer bei ca. 10 µs. Der Puls ist Bipolar (Vin im Signalverlauf), aber nur die erste, positive Hälfte muss ohne Verzerrung verstärkt werden, um später deren Spitzenwert zu digitalisieren. Wenn das Eingangssignal groß ist, treibt es einen oder mehrere Verstärker in Sättigung und während der Recovery-Time sind die Verstärker tot, was ich umgehen muss. Im Moment erkenne ich die zu hohe Eingangsspannung vor jeder Verstärkerstufe mit einem Komparator und möchte den Feedback-Widerstand mit einem FET für die (immer konstante) Dauer des Pulses überbrücken um die Verstärkung zu reduzieren und Sättigung zu vermeiden. Soweit die Idee, aber es hapert an der Überbrückung des Feedbacks und der Wahl des FETs. Dafür bräuchte ich eure Hilfe. Zu den Bildern: 1. Schema eines Verstärkers mit dem Komparator. Komparatorschwelle liegt bei 500 mV, Verstärkung des OpAmps ist 11 --> bei Spannungen > 500 mV * 11 = 5.5V am Ausgang wird die Verstärkung limitiert. 2. Spannungsverlauf am Ausgang des Komparators (mit einer Zeitkonstante), Eingang und Ausgang des OpAmps und am Gate des FETs 2N4393. Vielen Dank Karel
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Du möchtest wissen, warum die Schaltung nicht funktioniert ?
Eine Diode in Reihe mit einem Kondensator,
das muß schon in der Grundschule auffallen,
daß so eine Schaltung grober Humbug ist.
Ein JFET als Belastung eines OpAmp Ausganges,
um ihn in die Knie zu zwingen, ist dermassen
gigantischer Schwachsinn, schlimmer geht's
nimmer.
Daß dann ein Schmitt-Trigger zur "Umschaltung"
des Verstärkungsfaktors nicht ursächlich was am
Problem der OpAmp Sättigung verhindert, ist dann
wohl kein Wunder mehr.
> Ionisationskammer
Warum hat man dort, wo es wichtig wäre, immer genau
die Leute, die nicht die leisteste Ahnung haben ?
Genau so werden Atomkraftwerke gebaut.
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Ach, danke für den Hinweis auf den Fehler im Schema. Der FET sollte nur den Feedbackwiderstand überbrücken, wie es schon in der Beschreibung oben steht. Anhang: neues Schema. Zu dem Kondensator in Serie mit Diode - bitte um Erklärung. Karel
Karel Marsalek schrieb: > Zu dem Kondensator in Serie mit Diode - bitte um Erklärung. Wie soll denn ein Strom aus einem Kondensator wieder rausfließen können, der über die Diode hineingeflossen ist?
Es gibt "Clamp-Amp", das sind begrenzende OPs ohne recovery-Zeit, z.B. AD8036/8037: http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/high-speed-op-amps/ad8036/products/product.html oder "output limiting amplifiers", z.B. Intersil HFA1130 http://www.intersil.com/products/deviceinfo.asp?pn=HFA1130
> Anhang: neues Schema. Da drin ist nichts besser. > bitte um Erklärung Zu Diode in Reihe mit Kondensator ? Nee, das ist Grundschule. Zum Schaltungsprinzip: Welchen Sinn macht es, eine Schaltung 3 mal aufzubauen ? Welchen Sinn hat es, ein Signal nach Verstärkung zu bedämpfen ? Du hast 3 Verstärker in Reihe. Das ist sinnvoll damit das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt noch ausreichend schnelle Verstärkung zulässt, ausserdem erleichtert es den Aufbau so daß nichts schwingt. Wenn man aber verhindern will, daß so ein Verstärker übersteuert, dann begrenzt man einfach die Eingangsspannung der Stufe, die Übersteuern könnte. Es gibt ja nun mehrere Maximalwertschaltungen. Je nach dem, wie scharf die Begrenzung sein soll, kann schon eine simple Diode reichen.
Wobei Analog Devices ihre Methode für besser halten: http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/374941256AN-402.pdf "Replacing Output Clamping Op Amps with Input Clamping Amps"
MaWin schrieb: >> Anhang: neues Schema. > > Da drin ist nichts besser. Hallo, MaWin hat recht, im Schema ist der Feedbackwiderstand immer noch nicht richtig mit dem FET überbrückt. Danke für den Link zum Clamping amplifier! MaWin schrieb: > Wenn man aber verhindern will, daß so ein Verstärker übersteuert, dann > begrenzt man einfach die Eingangsspannung der Stufe, die Übersteuern > könnte. Es gibt ja nun mehrere Maximalwertschaltungen. Je nach dem, wie > scharf die Begrenzung sein soll, kann schon eine simple Diode reichen. In meinem Fall ist es schwierig, die Eingangsspannung zu begrenzen, ohne das Signal der Vorigen Stufe, das auch digitalisiert wird, zu dämpfen. Auch wenn man einen Serienwiderstand von 100k nimmt, ist es ein Spannungsteiler mit dem Ausgangswiderstand eines OpAmps (ca. 100 Ohm). Dadurch sinkt die Spannung der vorigen Stufe um ein Tausendstel, was schon mit einem 10-bit AD Wandler zu sehen ist. Danke weiterhin für die konstruktive Diskussion Karel
Der Differenzverstärker AD8130 hat ebenfalls einen internen Eingangsbegrenzer, das steht im Datenblatt ziemlich versteckt: http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/differential-amplifiers/ad8130/products/product.html Beide Eingänge dürfen zwischen -10V und +10V haben, aber die Spannungsdifferenz wird intern auf <2,5V begrenzt
Und übrigens ist die Verstärkung in obiger Schaltung nicht 10 sondern 11.
>Wenn das Eingangssignal groß ist, treibt es einen oder mehrere >Verstärker in Sättigung und während der Recovery-Time sind die >Verstärker tot, was ich umgehen muss. Was du sagst, ist unverständlich. Laut Datenblatt haben die OPamps eine "recovery time" von rund 2µsec. Das ist viel weniger als deine Signaldauer. Von daher sollte dich die "tecovery time" garnicht stören. Du meinst wahrscheinlich, daß deine Verstärker für große Signale übersteueren und für weitere Impulse tot sind. Aber das sind sie auch, wenn du das Signal auf irgend einen hohen Wert am Ausgang klemmst. Überlege dir noch mal ganz genau, was du wirklich willst. Sinn ergeben deine Ausführungen für mich jedenfalls nicht.
Hallo Ina, Du hast recht, wie ich im Datenblatt sehe, dass die Recovery Time ca. 2µs beträgt. Damit habe ich leider nicht gerechnet und dachte, dass es viel mehr sein wird. Ich verstehe Deinen zweiten Absatz nicht. Wenn meine Verstärker übersteuern, werden sie aber spätestens (wie ich erst jetzt erfahren habe) nach den 2µs wieder auch kleine Pulse verstärken können und ich mir den ganzen Thread sparen konnte, oder? Karel
>Ich verstehe Deinen zweiten Absatz nicht. Wenn meine Verstärker >übersteuern, werden sie aber spätestens (wie ich erst jetzt erfahren >habe) nach den 2µs wieder auch kleine Pulse verstärken können... Genau!
Manche OPs haben die unangenehme Eigenschaft, bei Übersteuerung den Ausgang von Plus nach Minus zu wechseln, das kann länger dauern.
Hhm, scheinbar bin ich der Einzige, der auch mal in das Datenblatt schaut: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8610_8620.pdf
Das Thema ist eigentlich sehr interessant! Weil es mit komprimierenden ZF-Verstärkern zusammenhängt.
Karel Marsalek schrieb: > In meinem Fall ist es schwierig, die Eingangsspannung zu begrenzen, ohne > das Signal der Vorigen Stufe, das auch digitalisiert wird, zu dämpfen. > Auch wenn man einen Serienwiderstand von 100k nimmt, ist es ein > Spannungsteiler mit dem Ausgangswiderstand eines OpAmps (ca. 100 Ohm). Das stimmt so ja auch nicht, weil ein gegengekoppelter OpAmp seine Ausgangsspannung regelt. Daher ist der Ausgang also durchaus belastbar. Die Gegenkopplung stellt übrigens auch eine Belastung für den Ausgang dar :-)
> Dadurch sinkt die Spannung der vorigen Stufe um ein Tausendstel, was > schon mit einem 10-bit AD Wandler zu sehen ist. Oh...... das bedeutet, dass Du die Verstaerkung Deiner Schaltung auch auf besser als ein Tausendstel einsellen musst.....viel Spass, das ist sportlich! Gruss Michael
Michael Roek schrieb: > Oh...... das bedeutet, dass Du die Verstaerkung Deiner Schaltung auch > auf besser als ein Tausendstel einsellen musst.....viel Spass, das ist > sportlich! Michael, das sind zwei Paar Schuhe. Die Ungenauigkeit der Verstärkung wird bei der Kalibrierung (ja, jedes Stück wird einzeln kalibriert) ermittelt, und als Kalibrationskurve abgespeichert. Aber das Anspringen der "Drosselung" würde ich ungern mitaufzeichnen und die richtige Spannung der Vorstufe rückrechnen. Es ist dennoch machbar. Karel
> In meinem Fall ist es schwierig, die Eingangsspannung zu begrenzen, ohne > das Signal der Vorigen Stufe, das auch digitalisiert wird, zu dämpfen. > Auch wenn man einen Serienwiderstand von 100k nimmt, ist es ein > Spannungsteiler mit dem Ausgangswiderstand eines OpAmps (ca. 100 Ohm). > Dadurch sinkt die Spannung der vorigen Stufe um ein Tausendstel, was > schon mit einem 10-bit AD Wandler zu sehen ist. Klar, aber daß Vin in deiner Schaltung über R70, R71 mit 0.25mA belastet bzw. entlastet wird, also mit mehr als dem 4-fachen und zudem nicht mal spannungsabhängig sondern Vergangenheitsabhängig, spielt keine Rolle.... Deine Begründungen für den Murks sind doch Humbug, falls es wirklich stört, kommt ein OpAmp als Buffer/Folger dazwischen.
>OK, die Lösung mit dem Buffer dazwischen gefällt mir.
Schon vergessen? Dein OPamp hat eine "recovery time" von 2µsec und du
brauchst diesen ganzen Begrenzungsquatsch nicht!
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