OPV als Differenzverstärker / Flankensteilheit

[Mark G. (a8x)]

Hallo :)

folgende Schaltung soll zwei TTL-Signale addieren und entweder +5V oder 
-5V ausgeben und das mit einer Flankensteilheit von 1,5us zwischen 10% 
und 90% des Pegels und das ganze mit einer Geschwindigkeit von 100 
kBit/s.

Bei wikipedia habe ich gelesen, dass für die Rise/Fall Time bei einem 
Tiefpass 1. Ordnung (das ist doch ein Tiefpass 1. Ordnung, oder?) ein 
Richtwert von 2,2 Tau angenommen werden kann.
Deshalb habe ich mich für die RC-Kombination 47kOhm und 14pF 
entschieden.

1. Ist meine Herangehensweise richtig? Kann man das wirklich so rechnen?

2. Kann mir vielleicht jemand erklären, wie genau die beiden 
RC-Kombinationen letztendlich die Flanken des Ausgangssignals 
beeinflussen?
(Liegt das an der Tiefpasswirkung? Spielt die Grenzdrequenz hierbei eine 
Rolle?)

Schonmal vielen Dank für Eure Hilfe. :)

LG

[oszi40 (Gast)]

1.Na so ganz einfach wird es wohl nicht werden?

2.Deine TTL-Signale werden kaum genau 5V haben?
3.Schon gelesen? 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen
4.Deine 14pF scheinen mir nicht ganz optimal WENN man den Typ nicht 
kennt.
5.Es gibt je nach Aufbau auch noch Schaltungskapazitäten ...
6.Ein kleiner Test mit dem Lötkolben bringt viele neue Erkenntnisse.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Mark G. schrieb:
> folgende Schaltung soll zwei TTL-Signale addieren

Wohl eher subtrahieren.

> (das ist doch ein Tiefpass 1. Ordnung, oder?)

Im interessierenden Frequenzbereich näherungsweise ja, sofern der Opamp
schnell genug ist, d.h. dessen Zeitkonstante deutlich kleiner als 1,5 µs
ist. Nimmst du bspw. einen Opamp mit 10 MHz, ist seine Zeitkonstante
1/(2·π·10MHz) = 16 ns, so dass er die Anstiegszeiten kaum beeinflussen
wird.

> ein Richtwert von 2,2 Tau

Ja, der theoretische Faktor ist ln(9).

> Deshalb habe ich mich für die RC-Kombination 47kOhm und 14pF
> entschieden.

Ein paar pF kommen schnell durch parasitäre Kapazitäten zustande. Ich
würde deswegen eher 4,7 kΩ und 140 pF (oder 150 pF, denn die gibt es
auch zu kaufen ;-) ) nehmen.

Mark G. schrieb:
> 2. Kann mir vielleicht jemand erklären, wie genau die beiden
> RC-Kombinationen letztendlich die Flanken des Ausgangssignals
> beeinflussen?
> (Liegt das an der Tiefpasswirkung? Spielt die Grenzdrequenz hierbei eine
> Rolle?)

Ja. Du siehst das sofort, wenn du die komplexen Übertragungsfunktionen
des Subtrahierers (Quotient aus R3||ZC1 und R1) und eines passiven
Tiefpasses aus R3 und C1 (Spannungsteilerformel) miteinander
vergleichst. Die Formeln unterscheiden sich nur um den konstanten Faktor
R3/R1 (der DC-Verstärkung des Subtrahierers), der in diesem Fall ohnehin
1 ist. Somit hat der Subtrahierer tatsächlich die Zeitkonstante R3·C1.
R1 beeinflusst nur die Verstärkung, aber nicht die Grenzfrequenz.

Damit der Subtrahierer auch ordentlich subtrahiert (das Ausgangssignal
also nur von der Differenz der Eingangsspannungen abhängt), muss wie
üblich gelten:

  (R3||ZC1) / R1 = (R4||ZC2) / R2

Aber das ist in deiner Schaltung ja der Fall, da oben und unten jeweils
die gleichen Bauteilwerte verwendet werden.

Du kannst das Ganze auch in Spice simulieren, um bspw. ein Gefühl dafür
zu bekommen, welchen Einfluss die GBW des Opamp auf die Anstiegszeiten
hat.