Verstärkerschaltung für Messsignal

Alexander K. schrieb:
> Verstärkerschaltung. Bandbreite ist von 50Hz bis 10kHz. Als OP habe ich
> den LT1468 ausgesucht, da dieser präzise ist und eine starkes GBW Produkt > hat.

Du hast eine Stufenverstärkung von 31-fach  und insgesamt 963-fach. Der 
OPV hat 90MHz GBP, das ergibt eine Stufenbandbreite von ~3MHz und 
insgesamt etwa 1,7MHz. Willst du das? Oben war von 10kHz die Rede.

Wenn du nur einen OPV nimmst und den 1000-fach verstärken lässt, ergibt 
sich eine Bandbreite von 90kHz. Halber Aufwand und evtl. kein Filtern 
nötig.

ArnoR schrieb:
> Alexander K. schrieb:
>> Verstärkerschaltung. Bandbreite ist von 50Hz bis 10kHz. Als OP habe ich
>> den LT1468 ausgesucht, da dieser präzise ist und eine starkes GBW Produkt > 
hat.
>
> Du hast eine Stufenverstärkung von 31-fach  und insgesamt 963-fach. Der
> OPV hat 90MHz GBP, das ergibt eine Stufenbandbreite von ~3MHz und
> insgesamt etwa 1,7MHz. Willst du das? Oben war von 10kHz die Rede.
>
> Wenn du nur einen OPV nimmst und den 1000-fach verstärken lässt, ergibt
> sich eine Bandbreite von 90kHz. Halber Aufwand und evtl. kein Filtern
> nötig.

Ich benötige bis 10kHz eine möglichst gleichbleibende Charakteristik 
bezüglich Phase und Verstärkung, daher die hohe Bandbreite und der damit 
verbundene hohe Aufwand.

> Kann ich diese Schaltung so ätzen,

Kein Schutz am Eingang, keine Bandbreitenbegrenzung ?

Du glaubst nicht, daß bei 1000-facher Verstärkung der Ausgang auf dn 
Eingang so rückwirken kann, daß es bis 1.7MHz ins Schwingen kommt ?

Alexander K. schrieb:
> Ich benötige bis 10kHz eine möglichst gleichbleibende Charakteristik
> bezüglich Phase und Verstärkung

Ein Verstärker mit 90kHz Bandbreite hat bei 10kHz einen 
Verstärkungsfehler von ~0,05dB und einen Phasenfehler von ~6°.

Schutz für Ein- und Ausgang wurden schon erwähnt. Wie lang wird die 
Leitung am Ausgang des Verstärkers (Kapazität)? Kann der OP diese ohne 
Stabilitätsprobleme treiben?

Ohne gerechnet zu haben erscheinen mir Spannungsteiler R1/R2 und R3/R4 
unnötig hochohmig. In der ersten Stufe könnte man vielleicht noch etwas 
Rauschabstand herausholen. Auch: Datenblatt, S. 10 rechts:
>For feedback resistors greater than 2k, a feedback capacitor of
>the value [...] should be used

Verpolungsschutz und lokale Spannungsregler. Labornetzteile und 
Bananenstecker töten Schaltungen, die das nicht haben, spätestens kurz 
vor der letzten wichtigen Messung.

MaWin schrieb:
> Kein Schutz am Eingang, keine Bandbreitenbegrenzung ?
Habe über eine Suppressordiode als Eingangsschutz nachgedacht. Aufgrund 
der doch recht hohen parsitären Kapazität möchte ich diese per Dioden 
abschirmen. Ich habe meine Schaltung im Anhang angefügt.


MaWin schrieb:
> Du glaubst nicht, daß bei 1000-facher Verstärkung der Ausgang auf dn
> Eingang so rückwirken kann, daß es bis 1.7MHz ins Schwingen kommt ?

Ich weiß es nicht. (bin nicht der Experte auf diesem Gebiet) Würdest du 
die Bandbreite mit einem aktiven Tiefpass begrenzen? Habe etwas über 
Sallen-Key Filter gelesen und würde einen OP zu einem solchen Filter 
umfunktionieren.

Alexander K. schrieb:
> Würdest du die Bandbreite mit einem aktiven Tiefpass begrenzen?

Was wohl ein TP mit der Verstärkung und Phase macht?

ArnoR schrieb:
> Ein Verstärker mit 90kHz Bandbreite hat bei 10kHz einen
> Verstärkungsfehler von ~0,05dB und einen Phasenfehler von ~6°.
Das Problem ist, dass ich zwei Signale messe, zum Einen das Signal am 
Verstärkerausgang und zum Anderen das Signal welches das gemessene 
Signal verursacht. Ich möchte die beiden in ein zeitliches Verhältnis 
setzen und da ist eine Phasenverschiebung kontraproduktiv.

Tom schrieb:
> Ohne gerechnet zu haben erscheinen mir Spannungsteiler R1/R2 und R3/R4
> unnötig hochohmig. In der ersten Stufe könnte man vielleicht noch etwas
> Rauschabstand herausholen.

Danke für den Hinweis! Bezüglich des Rauschabstandes meinst du, dass die 
erste Stufe stärker verstärken sollte als die zweite? (erscheint mir 
nach Lektüre der Friis-Formel für sinnvoll)

Tom schrieb:
> Verpolungsschutz und lokale Spannungsregler. Labornetzteile und
> Bananenstecker töten Schaltungen, die das nicht haben, spätestens kurz
> vor der letzten wichtigen Messung.
Daran ist gedacht. Habe ein kleines Linearnetzteil mit 
verpolungssicheren Steckern welches zum einsatz kommt. (dir ging es doch 
um die Versorgungsspannung, oder?)

Tom schrieb:
> Schutz für Ein- und Ausgang wurden schon erwähnt. Wie lang wird die
> Leitung am Ausgang des Verstärkers (Kapazität)? Kann der OP diese ohne
> Stabilitätsprobleme treiben?
0,25m Koax Kabel bis zur Messkarte. Aus dem Datenblatt habe ich eine 
Phasenreserve von 50° abgelesen. Dies ist relativ wenig, denn ich habe 
von einer mindest tolerierbaren Phasenreserve von 45° gelesen. Ich werde 
daher noch eine Lead-Kompensation (nach 
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm) 
durchführen.


ArnoR schrieb:
> Was wohl ein TP mit der Verstärkung und Phase macht?
Richtig, über die Phasenveränderung habe ich nicht nachgedacht. Habe ein 
bisschen recherchiert und leider keine andere Möglichkeit gefunden, als 
die Bandbreite der Schaltung zu reduzieren. Stimmt das so?


Vielen vielen Dank euch drei dafür, dass ihr einem Nichtswisser wie mir 
so viel erklärt! Es hilft mir echt weiter!

Alexander K. schrieb:
> Ich möchte die beiden in ein zeitliches Verhältnis
> setzen und da ist eine Phasenverschiebung kontraproduktiv.

Dann soltest du dem Vergleichsverstärker das gleiche Verhalten wie dem 
Messverstärker verpassen, dann hebt sich die Differenz weitgehend auf.

> Bezüglich des Rauschabstandes meinst du, dass die
> erste Stufe stärker verstärken sollte als die zweite?

Nein, R2 (und R1) niederohmiger machen, was sich automatisch ergibt, 
wenn man die Verstärkung auf 1000 erhöht (100R/100K).

> Aus dem Datenblatt habe ich eine
> Phasenreserve von 50° abgelesen. Dies ist relativ wenig, denn ich habe
> von einer mindest tolerierbaren Phasenreserve von 45° gelesen.

Das stimmt. Der OPV ist für niedrige Verstärkungen unbrauchbar, siehe 
Kurven zur Frequency Response. Wenn du den OPV wie vorgeschlagen 60dB 
verstärken lässt, ist die Phasenreserve 90° und der kann dann auch 
kapazitive Lasten treiben.

> leider keine andere Möglichkeit gefunden, als
> die Bandbreite der Schaltung zu reduzieren.

Aber wozu erst eine zu schnelle Schaltung bauen und die dann durch 
Zusatzkram wieder langsamer machen?

Hallo,
erstmal vorweg: Ich habe euch die neue Schaltung angehängt. Angepasst 
habe ich:
1.) die Verstärkung angehoben
2.) Verstärkungspfad niederohmiger gemacht
3.) Schutzbeschaltung für den Eingang hinzugefügt. Die Supressordiode 
schaltet bei 3V durch, und schützt so die Schaltung vor Impulsen.

ArnoR schrieb:
> Dann soltest du dem Vergleichsverstärker das gleiche Verhalten wie dem
> Messverstärker verpassen, dann hebt sich die Differenz weitgehend auf.
alles klar! Super Tipp. Ich baue den Verstärker einfach zweifach und 
schwäche das Vergleichssignal im Vorfeld dann entsprechend ab.

ArnoR schrieb:
> Das stimmt. Der OPV ist für niedrige Verstärkungen unbrauchbar, siehe
> Kurven zur Frequency Response. Wenn du den OPV wie vorgeschlagen 60dB
> verstärken lässt, ist die Phasenreserve 90° und der kann dann auch
> kapazitive Lasten treiben.
Danke für die Erläuterung. Darf ich nochmal nachfragen woran man das in 
dem Frequency Response Diagramm sieht?

Alexander K. schrieb:
> Ich baue den Verstärker einfach zweifach und
> schwäche das Vergleichssignal im Vorfeld dann entsprechend ab.

Nein, mach es so wie im Anhang gezeigt. Du stellst den anderen 
Verstärker auf die benötigte Verstärkung ein und gibst ihm mit dem 
Kondensator Tiefpassverhalten. Man kann sehen, dass über den 
interessanten Frequenzbereich die Phasen- und Amplitudendifferenz 
praktisch null ist. Es ist zwar ein anderer OPV, aber die Verhältnisse 
sind bei dem LT1468 prinzipiell gleich. Eine Kurve ist der natürliche 
Amplituden- und Phasengang, die andere der jeweils erzwungene.

> Darf ich nochmal nachfragen woran man das in
> dem Frequency Response Diagramm sieht?

An der Überhöhung im Frequenzgang bis 8dB (das 2,5-fache!) bei 100pF 
Last und Vu=1.

Alexander K. schrieb:
> dir ging es doch
> um die Versorgungsspannung
Ja. Sobald man etwas verstellen oder falsch zusammenstecken kann, wird 
das genau dann Schaden anrichten, wenn man kurz vor dem Abgabetermin 
unbedingt noch einen ungeheuer wichtigen Spezialfall messen soll ;)

> 0,25m Koax Kabel bis zur Messkarte
Das ist OK mit zusätzlicher Kompensation (dazu steht auch einiges im 
Datenblatt). Die 100pF bei V=1 laut Datenblatt wären z.B. schon bei 1m 
Koax erreicht. Mit nicht berücksichtigeter Leitungskapazität kann man 
sich leicht Probleme einbauen.

ArnoR schrieb:
> Du stellst den anderen
> Verstärker auf die benötigte Verstärkung ein und gibst ihm mit dem
> Kondensator Tiefpassverhalten.

Alles klar und eine richtig gute Idee! Wie bestimmst du denn den Wert 
des Kondensators? Das ist mir noch nicht ganz klar!


Tom schrieb:
>> 0,25m Koax Kabel bis zur Messkarte
> Das ist OK mit zusätzlicher Kompensation (dazu steht auch einiges im
> Datenblatt). Die 100pF bei V=1 laut Datenblatt wären z.B. schon bei 1m
> Koax erreicht. Mit nicht berücksichtigeter Leitungskapazität kann man
> sich leicht Probleme einbauen.

Im Datenblatt steht aber nur etwas zum invertierenden Verstärker, oder 
bin ich blind? Wie setze ich das um in den nichtinvertierenden Fall?

Danke euch!

Grüße, Alex

Alexander K. schrieb:
> Wie bestimmst du denn den Wert des Kondensators?

Du musst den Wert der Grenzfrequenz fg deines Messverstärkers (der mit 
Vu~60dB) bestimmen, dann kannst du C näherungsweise berechnen: 
C=1/(2*Pi*10K*fg).

Dann einen etwas kleineren Wert in die Schaltung einsetzen und 
hintrimmen, indem du die Verstärker eingangsseitig parallel schaltest 
und mit einem kleinen Parallelkondensator und einem Oszi auf 
Phasendifferenz ->0 zwischen den Verstärkerausgängen im Bereich der 
Grenzfrequenz abgleichst.