Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Differenzverstärker ohne OPV


von David (Gast)


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Gegeben sind 2 Eingänge, Signal und GND. Auf dem Signal werden nun 
logische Bits übertragen ( +5V = False, -5V = True). Das Gerät welches 
das Signal empfängt ist benötigt aber +12V / -12V.

Lösungsansatz: Die Spannung verstärken (um Faktor 12/5).

Soweit ich das nun verstanden habe, kann das mit einem 
Differenzverstärker (Differenz zwischen Signal und GND) gemacht werden.

1. Frage: Machen meine Überlegungen Sinn?

2. Frage: Gibt es eine Schaltung die dieses Problem löst und ohne 
externe Spannungsquelle auskommt?

Danke + Gruss David

von Der (Gast)


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+12V/-12V hört sich nach RS232 an.

Eventuell passt der MAX232. Auf der TTL-Seite kannst du Rx und Tx 
verbinden, auf der RS232 Seite hast du dann die entsprechenden Signale.
Der MAX232 benötigt nur 5V als Betriebsspannung. Falls nur 3V vorhanden 
sind, gibt es den MAX3232.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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David schrieb:
> Gegeben sind 2 Eingänge, Signal und GND.
Das ist eigentlich 1 Eingang mit Bezugspotential...

> Soweit ich das nun verstanden habe, kann das mit einem
> Differenzverstärker (Differenz zwischen Signal und GND) gemacht werden.
Du brauchst irgendeine Art von Pegelwandler. Man könnte dafür einen 
Differenzverstärker nehmen. Das macht bei Digitalsignalen aber meist 
keinen Sinn...

> 1. Frage: Machen meine Überlegungen Sinn?
Nein. So nicht.

> 2. Frage: Gibt es eine Schaltung die dieses Problem löst und ohne
> externe Spannungsquelle auskommt?
Welche Daten willst du wie schnell übertragen? Müssen es genau +-12V 
sein? Woher kommen die +-5V? Ist das +-5V Signal belastbar, kann man es 
zur Spannungsgewinnung "anzapfen"?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Lothar Miller schrieb:
> Ist das +-5V Signal belastbar, kann man es zur Spannungsgewinnung
> "anzapfen"?

Muss das Ganze gleichspanungstauglich sein?

Wenn die Bits nämlich garantiert nach einer gewissen Zeit wechseln
(also keine Gleichspannung auftreten kann), könnte man auch einen
kleinen Transformator zur Pegelwandlung benutzen.

von David (Gast)


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RS232 stimmt schon, aber das Empfängergerät ist nicht gerade vom 
feinsten und wenn weniger als 12V reinkommen reagiert es nicht.

Soweit ich sehe kommt MAX232 aber nur 5V raus?

von David (Gast)


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Im Prinzip ist es eine Tastatur welche einen RS232 artigen Ausgang hat, 
und ein Empfangsgerät welches diese Signale verarbeitet. Die Tastatur 
liefert einfach nicht genügend Spannung für das Empfangsgerät.

Die Tastatur sollte schon anzapfungsfähig sein - wenn ich ja eine 
externe Spannungsquelle benötigen würde könnte ich ja gleich wieder 
etwas mit einem OPV machen?

Sprich: Das Signal wird sich schon immer mal wieder ändern, aber wohl 
auch mal längere Zeit nicht.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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David schrieb:

> Soweit ich sehe kommt MAX232 aber nur 5V raus?

Typisch 7 V, sagt das Datenblatt, aber ±12 V gab es eher nur bei
extern mit 12 V gespeisten klassischen Treibern (MC1488).

Vorsicht, RS-232-Treiber ändern nicht nur den Pegel, sondern sie
negieren auch das Signal.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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David schrieb:

> Gegeben sind 2 Eingänge, Signal und GND.

Das ist ein Eingang. GND ist das Bezugspotential.

> Auf dem Signal werden nun
> logische Bits übertragen ( +5V = False, -5V = True).

Also ein bipolares Logiksignal a'la RS-232.

> Das Gerät welches das Signal empfängt ist benötigt aber +12V / -12V.
>
> Lösungsansatz: Die Spannung verstärken (um Faktor 12/5).

Nicht direkt. Bei Digitalsignalen macht man keine analoge Verstärkung, 
sondern koppelt einen Empfänger für das Signal mit einem Sender.
Der Sender schickt ein normgerechtes Signal raus, der Empfänger kommt 
mit einem abgeschwächten/gestörten Signal zurecht. Nennt man dann 
(Signal-)Regenerator.

> Soweit ich das nun verstanden habe, kann das mit einem
> Differenzverstärker (Differenz zwischen Signal und GND) gemacht werden.

Um ein Signal bezüglich GND zu verstärken, verwendet man einen ganz 
gewöhnlichen Verstärker. Nix Differenz. Aber in deinem Fall ohnehin 
egal. Weil du ja nicht verstärken willst, sondern ein Digitalsignal 
regenerieren.

> 1. Frage: Machen meine Überlegungen Sinn?

mit den angebrachten Korrekturen ja.

> 2. Frage: Gibt es eine Schaltung die dieses Problem löst und ohne
> externe Spannungsquelle auskommt?

Kaum.

Man würde entweder in das sendende Gerät eine potentere Ausgangsstufe 
einbauen oder in das empfangende Gerät eine bessere Eingangsstufe. Wenn 
man die Wahl hat ist das letztere die sinnvollere Lösung.

Nebenbedingungen wären aber auch, wie sich Sender bzw. Empfänger mit 
Energie versorgen und ob man die Geräte überhaupt modifizieren darf. 
Eine Lösung komplett ohne Modifikation (wie ein Zwischenstecker) braucht 
mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit eine eigene 
Energieversorgung.


XL

von Stephan (Gast)


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evtl. wie schon angedeutet kleine "Trafos" selber machen.
Schalenkern, Ringkern oder sowas. Ist nur die Frage ob die Treiber das 
auch Treiben können.

von Timm T. (Gast)


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David schrieb:
> Gibt es eine Schaltung die dieses Problem löst und ohne
> externe Spannungsquelle auskommt?

Frage: Wie schnell? Welchen Ausgangsstrom kann der Treiber liefern? 
Stehen eventuell 5V permanent als Versorgung zur Verfügung?

von David (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
> Nicht direkt. Bei Digitalsignalen macht man keine analoge Verstärkung,
> sondern koppelt einen Empfänger für das Signal mit einem Sender.
> Der Sender schickt ein normgerechtes Signal raus, der Empfänger kommt
> mit einem abgeschwächten/gestörten Signal zurecht. Nennt man dann
> (Signal-)Regenerator.

Wieso würde man das Signal nicht einfach analog verstärken? Das ist doch 
genau das was mein eigentlich will?

Axel Schwenke schrieb:
> Um ein Signal bezüglich GND zu verstärken, verwendet man einen ganz
> gewöhnlichen Verstärker. Nix Differenz.

Verstärkt ein normaler Verstärker die Spannung betragsmässig, d.h.

+5V --> +12V
-5V --> -12V

? Was ich gelesen habe scheint dem eben zu widersprechen.

Timm Thaler schrieb:
> Frage: Wie schnell? Welchen Ausgangsstrom kann der Treiber liefern?
> Stehen eventuell 5V permanent als Versorgung zur Verfügung?

Ja das wäre durchaus möglich, aber nicht 12V oder mehr.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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David schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Bei Digitalsignalen macht man keine analoge Verstärkung,
>> sondern koppelt einen Empfänger für das Signal mit einem Sender.

> Wieso würde man das Signal nicht einfach analog verstärken?

Weil das eben nicht einfacher ist.

> Das ist doch genau das was mein eigentlich will?

Nein ist es nicht. Bei Digitalsignalen sind die Pegel genormt. Was man 
wirklich will, ist daß der Sender normgerechte Pegel verwendet. Und zwar 
unabhängig von Eingangssignal.

Die Pegelspezifikation unterscheidet nämlich auch zwischen Sender und 
Empfänger. Dabei ist es immer so, daß ein Empfänger auch "schlechtere" 
Signale noch erkennen muß als der Sender mindestens sendet.
Z.B. bei RS-232 muß der Empfänger -3 ... -15 als "1" bzw. +3 ... +15V 
als "0" erkennen. Der Sender muß mindestens -5V / +5V senden, Normpegel 
sind -12V / +12V.

Wenn man jetzt den Regenerator als analogen Verstärker von +/-5V auf 
+/-12V auslegen würde, also Verstärkungsfaktor 12/5 = 2,4 - dann würde 
zwar ein normgerechter Empfänger auch +/-3V noch korrekt detektieren, 
dein Aufholverstärker daraus aber nur +/-7,2V machen. Also gerade nicht 
Normpegel. Wenn man hingegen einen RS-232-Empfänger und -Sender als 
Regenerator verkoppelt, kriegt man immer +/-12V hinten raus, solange das 
Eingangssignal sich im erlaubten Bereich von +/-3V ... +/-15V bewegt. 
Und das ist, was man wirklich will.

> Verstärkt ein normaler Verstärker die Spannung betragsmässig, d.h.
>
> +5V --> +12V
> -5V --> -12V
>
> ? Was ich gelesen habe scheint dem eben zu widersprechen.

Genau das macht ein Verstärker. Eingangs- und Ausgangssignal unter- 
scheiden sich nur durch einen konstanten Faktor, eben die Verstärkung. 
In diesem Fall ist der Faktor 12/5 = 2,4.
Allerdings würde ich dieses Verhalten gerade nicht "betragsmäßige 
Verstärkung" nennen ...

>> Stehen eventuell 5V permanent als Versorgung zur Verfügung?
>
> Ja das wäre durchaus möglich, aber nicht 12V oder mehr.

Das ist ja egal. Aus +5V kann man einfach (MAX232) +/-10V machen. Mit 
etwas mehr Aufwand auch +/-12V.


XL

von Timm T. (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
> Aus +5V kann man einfach (MAX232) +/-10V machen. Mit
> etwas mehr Aufwand auch +/-12V.

Kannste knicken, der Max232 liefert bei 5V nur +/-8V Pegel. Das ist eine 
einfache Spannungsverdopplung mit bißchen Verlusten.

Man könnte:

1. Aus den vorhandenen 5V mit einem DC/DC Wandler +/-15V machen. Damit 
den Max232 betreiben (auf die C+ und C- Pins legen, hab ich aber noch 
nie gemacht und weiss nicht, ob der Max das mag), dann das Signal auf 
Rxin, /Rxout auf /Txin und an Txout steht dann das regenerierte Signal 
mit etwa 12-14V an.

2. Aus den vorhandenen 5V mit einem DC/DC Wandler +/-15V machen. Damit 
ein Komplementärstufe betreiben, die das Signal digital verstärkt. 
Nachteil: Nicht kurzschlussfest (nur mit erhöhtem Aufwand) und eventuell 
zu langsam, da Sättigung.

3. Aus den vorhandenen 5V mit einem DC/DC Wandler +/-15V machen. Damit 
einen (Doppel-)OPV betreiben. Die Verstärkung überziehen (etwa 10fach), 
und mit antiseriellen Zenerdioden in der Rückkopplung auf +/-12V 
begrenzen. Bei geeigneter Wahl kurzschlussfest und recht schnell.

von Reinhard Kern (Gast)


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Timm Thaler schrieb:
> Damit
> den Max232 betreiben (auf die C+ und C- Pins legen, hab ich aber noch
> nie gemacht und weiss nicht, ob der Max das mag)

Dann nimmt man halt den guten alten 1488.

Gruss Reinhard

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