Hallo, ich habe eine Hydrophon Verstärkerschaltung (Ladungsverstärker + Gainstufen mit insgesamt ~90dB Verstärkung, Eingangspegel ca. 30uVrms) entworfen und möchte nun den Frequenzgang messtechnisch erfassen. Der "naive" Ansatz auf dem Arbeitplatz hat zur Folge das über den sehr hochohmigen Eingang die 50Hz Netzspannung einkoppelt und ich am Ende der Verstärkerkette ein schönes 50Hz Rechteck erhalte. Deswegen möchte ich die Schaltung nun Schirmen. Ich habe mir eine verschraubbare geschlossene Metallbox besorgt. Die Schaltung wird durch eine Batterie versorgt und ist komplett im Inneren der Box. Eingangssignal (aus einem Funktionsgenerator) und Ausgangssignal (zum Oszilloskop) möchte ich über BNC Buchen/Kabel hinein bzw. heraus führen. Der Schirm der BNC Kabel liegt auf Masse. Sollte ich nun die Box mit dem Schirm verbinden oder nicht? Ich tendiere eher dazu es nicht zu tun, damit Störsignale nicht auf meiner Masse liegen. Dafür müsste ich mir aber zunächst "isolierte" BNC Buchen besorgen...Haben die einen besonderen Namen? Ich habe bisher nur Buchsen komplett aus Metall, die das Gehäuse der Box automatisch mit der Schirmung verbinden würden. Ich bin über jeden Hinweiß dankbar.
Das Atom :) schrieb: > Sollte ich nun die Box mit dem Schirm verbinden oder nicht? Mit welchem? Die Box ist dein Schirm. Das Atom :) schrieb: > Ich tendiere > eher dazu es nicht zu tun, damit Störsignale nicht auf meiner Masse > liegen. Auf Masse legen ist wie Erden. Macht man als Schutzmaßnahme bei gefährlichen Spannungen, hat aber mit Schirmen nichts zu tun. Deine Signale sind masselos (wg. deiner Batterie) das wieder aufheben macht meist keinen Sinn. Störungen bekommt man aber häufig nur mit probieren weg. > Dafür müsste ich mir aber zunächst "isolierte" BNC Buchen > besorgen...Haben die einen besonderen Namen? Isolierte BNC Buchsen halt. > Ich habe bisher nur Buchsen > komplett aus Metall, die das Gehäuse der Box automatisch mit der > Schirmung verbinden würden. Nicht tun, die Isolation kannst du nachträglich immer aufheben, umgekehrt ist schwieriger.
Zunächst brauchst du eine gute, d.h. niedrohmige und niederinduktive Masse zwischen allen Bereichen der Schaltung, am besten eine durchgehende und vollkommen unversehrte Massefläche auf der Platine. Der Funktionsgenerator sollte ein erdfreies Signal liefern. Das macht den Anschluß einfacher und vermeidet Brummschleifen, wenn das Oszi schon geerdet ist. Das BNC-Kabel des Funktionsgenerators schließt du direkt an den Eingang deiner Schaltung an, also die Abschirmung mit der lokalen Signalmasse der allerersten Verstärkerstufe. An diesen Punkt schließt du auch die Metallbox an, die die ganze Schaltung abschirmt. Damit ist die kapazitive Einkopplung in die allererste Verstärkerstufe minimal, weil das Metallgehäuse ja dann auf dem selben Potential liegt, wie die lokale Signalmasse der allersten Verstärkerstufe. Das BNC-Kabel zum Oszi schließt du dagegen direkt am Ausgang deiner Schaltung an, also die Abschirmung dieses BNC-Kabels an die lokale Masse der Ausgangstufe deiner Schaltung an. Das mit der Metallbox solltest du auch noch überdenken: Eine Schaltung mit einer solch hohen Verstärkung sollte auch noch Abschirmungen zwischen den einzelnen Verstärkerstufen haben, damit nicht Signale von den Ausgängen auf die Eingänge kapazitiv überkoppeln können. Es gibt dazu spezielle Gehäuse, wie man sie im Tunerbau verwendet. Dabei handelt es sich um durchgehende Weißblechgehäuse mit zusätzlichen inneren Wänden, die einzelne Kammern gegeneinander abschirmen können. Diese Wände und das ganze Gehäuse sind alle leitend miteinander verbunden. Das Weißblechgehäuse wird dann überall und an vielen Stellen mit der Signalmasse der Schaltung verbunden. So etwas wäre für deine Schaltung optimal.
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Schirmi danke für diese sehr verständliche Antwort! Eine Funktionsgenerator der ein erdfreien Signal liefert habe ich mir glücklicherweise schon organisieren können. Ich verwende allerdings einen single-supply Operationsverstärker. Die virtuelle Masse bilde ich mir aus einem einfachen Spannungsteiler. D.h. leider also, dass die Masse der 1. Stufe leider nicht besonders niederohmig ist. Meinst du es ist trotzdem einen Versuch wert? Die "echte" Masse habe ich im Layout als Massefläche in einer der beiden Innenlagen.
>Ich verwende allerdings einen single-supply Operationsverstärker. Die >virtuelle Masse bilde ich mir aus einem einfachen Spannungsteiler. D.h. >leider also, dass die Masse der 1. Stufe leider nicht besonders >niederohmig ist. Verwende den Masseanschluß von C13. >Die "echte" Masse habe ich im Layout als Massefläche in einer der beiden >Innenlagen. Sehr gut! Führe die 3,3V Versorgungsspannung den Caps C1, C2, C8, C10, C16 und C17 nicht direkt zu, sondern eventuell über zusätzliche Widerstände von 10...47R (Wert ausprobiern). Das verhindert zusätzlich gegenseitige Verkopplungen.
Dank dir. "echte" Masse = GND "virtuelle" Masse = VCC/2 der Spannungsteiler Dem Signalgenerator muss ich nach meiner Vorstellung eine Masse "liefern" - in meinem Fall die VCC/2, damit das Signal um diesen Mittenwert schwingen kann. Also werde ich morgen mal folgendes probieren: - Isolierende BNC Buchse für das Kabel vom Funktiongenerator zum Eingang, Verbindung von "virtueller" Masse zur floating Masse des erdfreien Generators. - Gehäuse des Kastens wird mit "echter" Masse von C13 verbunden. - Der Ausgang über nicht isolierende Buchse mit dem Ozzi verbinden. Hierbei wird die "echte" Masse auf dem Gehäuse verbunden der Masse des Ozzi. Sinnvoll? Werde auf jeden Fall mal Feedback geben, was bei diesem Experiment herauskommt :) Gute Nacht!
>- Isolierende BNC Buchse für das Kabel vom Funktiongenerator zum >Eingang, Verbindung von "virtueller" Masse zur floating Masse des >erdfreien Generators. Achso. Hhm, wozu brauchst du denn R17?? Kannst du den nicht weglassen? Warum schließt du denn das Hydrophone invertierend an?? Macht man das so mit diesem Teil? >- Gehäuse des Kastens wird mit "echter" Masse von C13 verbunden. Genau. >- Der Ausgang über nicht isolierende Buchse mit dem Ozzi verbinden. >Hierbei wird die "echte" Masse auf dem Gehäuse verbunden der Masse des >Ozzi. Sinnvoll? Nicht mit dem Gehäuse verbinden, sondern mit der lokalen, echten Masse vom Ausgang. Und dann "AC-Messung" beim Oszi drücken oder zusätzlichen Hochpaß am Ausgang einfügen.
Danke nochmals :) Die 200 Ohm habe ich aus "Angst" um die CMOS Eingänge durch Spannungsspitzen des Piezo erstmal eingebaut. Zwingend notwendig sind sie theoretisch nicht. Die Schaltung der 1. Stufe ist für Piezos relativ üblich, siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker
>Die 200 Ohm habe ich aus "Angst" um die CMOS Eingänge durch >Spannungsspitzen des Piezo erstmal eingebaut. Zwingend notwendig sind >sie theoretisch nicht. Wie groß ist das Signal deines Hydrophons? Eventuell kannst du antiparallele Dioden an das Hydrophon schalten. >Die Schaltung der 1. Stufe ist für Piezos relativ üblich, siehe auch: >http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker Für Hydrophone kenne ich eher die Schaltung, wie sie hier beschrieben ist: http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1113fb.pdf Ein Grund dafür, es nicht invertierend zu machen, liegt in der Quellkapazität des Hydrophons begründet. Ist diese zu groß, wird so manche invertierende Schaltung durch die Phasendrehung (phase lag) instabil! Wie groß ist denn die Quellkapazität deines Hydrophons? Hast du mal eine Stabilitätssimulation gemacht?
Hi, habe jetzt erst gesehen, dass du nochmal geantwortet hast. sorry. Mein Hydrophon hat eine sehr geringe Kapazität von nur 110pF. Bei der von dir vorgeschlagenden Schaltung besteht als Nachteil die Abhängigkeit von Kabel und Eingangskapazitäten (die bei meiner geringen C_sensor sich deutlich bemerktbar machen). Deswegen habe ich mich für die invertierende Variante entschieden (Ladungsverstärker) und nicht für den nicht invertierenden Spannungsverstärker. Leider habe ich es noch nicht geschafft ein Signal einzuspeisen. Die virtuelle Masse (die dann auch zur Masse des Generators wird) ist zu hochohmig - es werden wieder die 50Hz eingekoppelt. Ich will nun versuchen mit einem Spannungsfolger die virtuelle Masse abzugreifen und auf den Schirm zum Generator zu legen. Grüße Das Atom :)
Zuerst sollte beachtet werden, ob der Sensor, dh das Hydrophon ein Symmetrisches, oder asymmetrisches Signal liefert. Ist der Schirm symmetrisch, oder asymmetrisch ? Dass sollte man dann richtig weiterverarbeiten. Da wurde sicher eine Application Note mitgeliefert. Wenn man das schon falsch macht, war's das. Dann sollte man wissen, ob ein Hydrophon eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle ist. Ich dachte eine Spannungsquelle, kann mich aber taeuschen. Das waere dann ein hochohmiger Eingang des Verstaerkers. Schau mal bei den Bauteilen LT1037 & LT1028 rein. Ohne die ist bei solchen Appliktionen nichts.
>Mein Hydrophon hat eine sehr geringe Kapazität von nur 110pF. Bei der >von dir vorgeschlagenden Schaltung besteht als Nachteil die Abhängigkeit >von Kabel und Eingangskapazitäten (die bei meiner geringen C_sensor sich >deutlich bemerktbar machen). Du hast ja wohl hoffentlich kein langes Kabel zwischen dem Hydrophon und dem Verstärker??? Das geht hier garnicht! Die reine Eingangskapazität eines OPamps liegt im pF-Bereich und stört bei dieser Detektorkapazität noch nicht. Du kannst also ruhig einen Spannungsverstärker nehmen. >Deswegen habe ich mich für die invertierende Variante entschieden >(Ladungsverstärker) und nicht für den nicht invertierenden >Spannungsverstärker. Nicht so schnell. Beim Ladungsverstärker zwingst du dem Hydrophon durch die virtuelle Masse einen Kurzschluß zwischen den Ausgängen auf. Das Signal ist dann der Kurzschlußstrom! Bist du sicher, daß das Hydrophon für diese Betriebsart gebaut ist? >Leider habe ich es noch nicht geschafft ein Signal einzuspeisen. Die >virtuelle Masse (die dann auch zur Masse des Generators wird) ist zu >hochohmig - es werden wieder die 50Hz eingekoppelt. Ja, klar, 22µF macht 145R bei 50Hz. >will nun versuchen mit einem Spannungsfolger die virtuelle Masse >abzugreifen und auf den Schirm zum Generator zu legen. Das würde ich nicht machen. Verwende lieber eine echte, bipolare Versorgungsspannung. Nur auf diese Weise bekommst du eine wirklich saubere und niedrohmige Masse. Verzichte auf Kabel jeglicher Länge am Eingang und schließe das Hydrophon direkt und unmittelbar an die erste Verstärkerstufe an. Wenn zu wenig Platz ist, dann spendiere dem Hydrophon zumindest eine Verstärkerstufe, die direkt bei ihm sitzt und führe das Ausgangssignal dann niederohmig (eventuell symmterisch) zur weiteren Verstärkung.
Schirmi schrieb: > Du hast ja wohl hoffentlich kein langes Kabel zwischen dem Hydrophon und > dem Verstärker??? Das geht hier garnicht! > > Die reine Eingangskapazität eines OPamps liegt im pF-Bereich und stört > bei dieser Detektorkapazität noch nicht. Du kannst also ruhig einen > Spannungsverstärker nehmen. Ja das stimmt, leider ist eine Vorgabe sechs Silizium Dioden jeweils drei in einer Flussrichtung direkt nach dem Hydrophon zwischen den Anschlüssen einzubauen. Grund ist ein "ausfallsicherer" Überspannungsschutz der Schaltung. Die Sperrschichtkapazitäten machen ca. 30pF aus, also sind bei 100pF Kapazität des Hydrophons die Sensitivität um 30%...Das möchte ich vermeiden. Schirmi schrieb: > Nicht so schnell. Beim Ladungsverstärker zwingst du dem Hydrophon durch > die virtuelle Masse einen Kurzschluß zwischen den Ausgängen auf. Das > Signal ist dann der Kurzschlußstrom! Bist du sicher, daß das Hydrophon > für diese Betriebsart gebaut ist? Das "Hydrophon" ist ein reiner Transductor. Ich wusste bisher gar nicht dass es da Probleme geben kann mit einem Ladungsverstärker. Ich habe sie nicht feststellen können. Schirmi schrieb: > Das würde ich nicht machen. Verwende lieber eine echte, bipolare > Versorgungsspannung. Nur auf diese Weise bekommst du eine wirklich > saubere und niedrohmige Masse. Verzichte auf Kabel jeglicher Länge am > Eingang und schließe das Hydrophon direkt und unmittelbar an die erste > Verstärkerstufe an. Werde ich probieren. Grüße & Danke nochmal. Hast mir sehr geholfen!
>Ja das stimmt, leider ist eine Vorgabe sechs Silizium Dioden jeweils >drei in einer Flussrichtung direkt nach dem Hydrophon zwischen den >Anschlüssen einzubauen. Grund ist ein "ausfallsicherer" >Überspannungsschutz der Schaltung. Die Sperrschichtkapazitäten machen >ca. 30pF aus, also sind bei 100pF Kapazität des Hydrophons die >Sensitivität um 30%...Das möchte ich vermeiden. 30pF Sperrschichtkapazität kommt mir reichlich viel vor. Was für Ströme sollen denn die Dioden da aushalten?
Ein Vorwiderstand vor den Dioden waer auch gut. Da der Strom eh gegen Null geht liegt 1k Ohm sicher drin. Der Transducer ist eine niederrohmige Spannungsquelle, nehm ich an. Ich wuerd niederkapazitive Punktkontaktdioden verwenden. Die haben noch ein paar pF.
Ich würde die 1N4150 nehmen. Die hält einen Dauerstrom von 400mA aus und verkraftet kurzzeitig sogar 1A (1sec) und 4A (1µsec). Die Sperrschichtkapazität beträgt 2,5pF max, sodaß drei in Reihe eine Gesamtkapazität von unter 1pF ergeben. Eine komplette Schutzschaltung hätte also weniger als 2pF, was gegenüber den anderen Streukapazitäten völlig vernachlässigbar wäre.
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