Operationsverstärker-Schaltung für Signalgenerator

[Gelöscht (kami89)]

Hallo zusammen,

Ich möchte mir einen kleinen Signalgenerator bauen, der PWM-Signale per 
Timer und alle möglichen anderen Signale per Lookup-Table ausgeben kann. 
Dazu verwende ich einen Atmega88 @16MHz und ein 8bit R2R-DAC, soll hier 
aber nicht Teil der Diskussion sein. Natürlich kann man damit kein 
100MHz Sinus erzeugen, muss ich aber auch nicht haben. Mit dem Timer 
lassen sich aber doch schon etwas höhere höhere Frequenzen erzeugen, was 
halt ein AVR (der nebenbei nichts anderes zu tun hat) noch hinkriegt.

So, und dieses analoge 0-5V Signal soll nun in der Amplitude und Offset 
verstellbar sein, und ein Filter sollte zugeschaltet werden können.

Alles in allem eigentlich genau die Schaltung, die Andreas Schwarz hier 
auf uC.net veröffentlicht hat. Allerdings machen die OPVs die höheren 
Frequenzen nicht mehr mit habe ich hier mal gelesen. Habe die 
Offsetkompensation auch schon mit LM324, LM368 und noch irgendeinem Typ 
ausprobiert, die hatte ich grad da. Und siehe da, bei 50kHz Rechteck 
kommt hinten nur noch Dreieck raus.

Ich habe noch nicht wirklich viel Erfahrung mit Operationsverstärker, 
deshalb habe ich schon einiges dazu durchgelesen. Die verschiedenen 
"Betriebsarten" sind ja schön und gut, aber ich konnte leider nicht in 
Erfahrung bringen welche Typen sich für meinen Einsatzbereich denn 
eignen würden.

Ich habe die Schaltung von Andreas mal praktisch identisch übernommen 
und hier angehängt.

Meine konkreten Fragen:
- Welche Operationsverstärker soll ich verwenden? Sie sollten ein 1MHz 
Rechtecksignal noch einwandfrei verarbeiten können. Andere Signalformen 
sollten vielleicht so bis max. 10kHz noch verarbeitbar sein. Sollte wenn 
möglich im DIP-Gehäuse sein und nicht gerade ein Exot.
- Wird der Filter auf eine bestimmte Frequenz angepasst damit er richtig 
funktioniert? Es ist schwierig, sich bei einem Frequenzgenerator auf 
eine Frequenz zu einigen :-)
- Gibts vielleicht noch irgendwelche Verbesserungsvorschläge für die 
gesamte Schaltung?
- Wie stark darf man eine solche Ausgangsspannung eigentlich belasten?


Vielen Dank

Urban

[Jens G. (jensig)]

>- Welche Operationsverstärker soll ich verwenden? Sie sollten ein 1MHz
>Rechtecksignal noch einwandfrei verarbeiten können. Andere Signalformen
>sollten vielleicht so bis max. 10kHz noch verarbeitbar sein. Sollte wenn
>möglich im DIP-Gehäuse sein und nicht gerade ein Exot.

Guck nach GBW (Gain-Bandwidth Produkt)- dieses sollte schon deutlich 
höher als die Verstärkung*Frequenz sein, die man braucht. Bei Rechteck 
wirds noch schlimmer. GBW>100MHz ist also nicht zu viel, wenn 1MHz 
Rechteck gebraucht wird (eher mehr).
Und SlewRate sollte auch schon die Flankensteilheit des gewünschten 
Rechtecks überbieten.

>- Wird der Filter auf eine bestimmte Frequenz angepasst damit er richtig
>funktioniert? Es ist schwierig, sich bei einem Frequenzgenerator auf
>eine Frequenz zu einigen :-)

Bei DDS sollte das Filter wohl auf <f_clock/2 eingestellt sein. Wenn da 
aber Sinus nur bis 10kHz gehen soll, Rechteck aber bis 1MHz, sieht es 
mit dieser Angabe schlecht aus für das Rechteck (dessen Flanken). Diese 
Kombination sehe ich also als nicht so gelungen an.

>- Gibts vielleicht noch irgendwelche Verbesserungsvorschläge für die
>gesamte Schaltung?
>- Wie stark darf man eine solche Ausgangsspannung eigentlich belasten?
s. Datenblatt

[Gelöscht (kami89)]

Danke für die Antwort!

Jens G. schrieb:
> Guck nach GBW (Gain-Bandwidth Produkt)- dieses sollte schon deutlich
> höher als die Verstärkung*Frequenz sein, die man braucht. Bei Rechteck
> wirds noch schlimmer. GBW>100MHz ist also nicht zu viel, wenn 1MHz
> Rechteck gebraucht wird (eher mehr).
> Und SlewRate sollte auch schon die Flankensteilheit des gewünschten
> Rechtecks überbieten.
Hmm wenn ich da in den Katalog des Bauteillieferanten meines Vertrauens 
schaue, siehts schwierig aus :-) Es gibt zwar schon einige, die ein so 
hoher GBW haben , aber ich habe keinen blassen Schimmer was da nun 
geeignet sein könnte. Die Überschriften der Produktreihen sind "High 
Speed", "Bipolar CMOS",  "JFET", "Rail to Rail", "Low Noise" und vieles 
mehr. Ich kann mich einfach nicht entscheiden, was ich nun brauche :-) 
Ich hoffte eigentlich darauf, dass ein erfahrener OPV-Anwender Tipps 
geben könnte, was für Typen denn für solche Anwendungen "Standard" sind. 
Das ist als "Anfänger" einfach verdammt schwierig, selber entscheiden zu 
können was nun gut ist und was nicht.

> Bei DDS sollte das Filter wohl auf <f_clock/2 eingestellt sein. Wenn da
> aber Sinus nur bis 10kHz gehen soll, Rechteck aber bis 1MHz, sieht es
> mit dieser Angabe schlecht aus für das Rechteck (dessen Flanken). Diese
> Kombination sehe ich also als nicht so gelungen an.

OK so ähnlich habe ich mir das schon vorgestellt. Da ein Filter bei 
Rechtecksignalen aber eh nicht viel Sinn macht, brauche ich den 
eigentlich ja nur für die anderen Signale, mit tieferer Frequenz. Dazu 
ist ja auch der Umschalter drin, mit dem man den Filter auslassen kann.

>>- Wie stark darf man eine solche Ausgangsspannung eigentlich belasten?
> s. Datenblatt
Habe ichs mir doch gedacht :-D Aber dazu brauche ich erstmal einen 
konkreten OPV. Ist aber eh nicht so wichtig diese Frage, normalerweise 
wird der Ausgang ja eh nicht stark belastet.

mfg

[Jens G. (jensig)]

>Ich hoffte eigentlich darauf, dass ein erfahrener OPV-Anwender Tipps
>geben könnte, was für Typen denn für solche Anwendungen "Standard" sind.

Nun ja - 10kHz Sinus ist ja noch Standard (da kannste schon fast jeden 
0815-OPV mit einigen MHz GBW nehmen).
Aber 1MHz Rechteck über einen OPV zu leiten, ist schon eher was 
gehobeneres. Denn da kommt es auf alle Fälle noch auf die Slewrate an, 
in Verbindung mit der Spannungshub, der da gemacht werden soll.
Sowas wie der AD8042 sollte schon eine gute Figur machen (geht aber nur 
bis +/-6V)
Am besten gehe mal zu http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp in die 
parameterische Suche, und suche nach den OPVs mit >100MHz, >100V/µs 
(eher deutlich mehr, wenn die 1MHz noch einigermaßen nach Rechteck 
aussehen sollen), evtl. Spannungsbereich, Gehäuse, ..., dann sollte sich 
schon einiges finden lassen.
Oder suche nach Videobuffers/Driver ....
Sinnlos hoch würde ich aber die GBW nicht wählen, weil man dann schon 
HF-Elektroniker sein solllte, um ein sinnvolles und funktionsfähiges 
Layout hinzubekommen.

>OK so ähnlich habe ich mir das schon vorgestellt. Da ein Filter bei
>Rechtecksignalen aber eh nicht viel Sinn macht, brauche ich den
>eigentlich ja nur für die anderen Signale, mit tieferer Frequenz. Dazu
>ist ja auch der Umschalter drin, mit dem man den Filter auslassen kann.

Ok, habe ich nicht gesehen auf die Schnelle. Wenn der sich abschalten 
läßt, isses ja ok ;-)

>Habe ichs mir doch gedacht :-D Aber dazu brauche ich erstmal einen
>konkreten OPV. Ist aber eh nicht so wichtig diese Frage, normalerweise
>wird der Ausgang ja eh nicht stark belastet.

OPVs für höhere Frequenzen haben meistens schon eine rel. kräftige 
Endstufe drin, können also meistens rel. lässig paar 10mA bis in die 
100mA treiben.

[Gelöscht (kami89)]

OK danke Jens, das bringt mich schonmal einiges weiter!

Irgendwie funktioniert aber dein Link nicht(?). Sollte aber doch nur die 
normale Suche mit Parameterauswahl sein, die habe ich schonmal bemüht.

Ich habe jetzt gleich mal das ganze Sortiment einer meiner Lieferanten 
durchgeschaut (gibt leider nicht viele davon hier in der Schweiz), und 
wenn ich den Preis auch noch als Kriterium hineinbeziehe kommt da nur 
noch genau ein einziger Typ dabei raus: "LM6172IN/NOPB"

Datenblatt: http://www.national.com/ds/LM/LM6172.pdf

Was meinst du, wäre das was? Gleich für alle vier Schaltungsteile im 
Anhang meines ersten Beitrages?

In meinen Augen schaut das doch schonmal nicht schlecht aus, aber ich 
habe halt nicht das geschulte Auge dafür :-)

Also wenn da bei einem 1MHz Rechteck auch das Signal etwas verzogen 
wird, damit könnte ich leben. Falls ich das jemals brauche, genügt 
vermutlich auch direkt der 5V-Ausgang, ohne Offset und Verstärkung. Aber 
wenn bei 50kHz schon nur noch Dreieck rauskommt, wie bei meinen 
getesteten OPVs, dann ist das schon grad ein bisschen schwach irgendwie 
;-)

mfg