Impedanzwandler - Frequenzverhalten - Tiefpass

[Mike R. (kyriel)]

Hi,
bei der Schaltung oben handelt es sich um ein Strommessverfahren nach 
Shunt-Prinzip.  Das Ausgangssignal soll bei ca. 0-3,3V liegen (für ADC). 
Die Schaltung funktioniert bis zu einer Frequenz von ca 51kHz. Offset 
hier ist 1,65V. Meine Wechselspannung schwingt um diesen Wert. Bei 
51kHz-53kHz wird beträgt die Spannungsdifferenz ca. 4V. (3,68V/-0,36V). 
Danach wird das Signal gedämpft. Es liegt dann ca. bei (2V/1,2V) Dieses 
Verhalten lässt sich nach dem Impedanzwandler beobachten. Wenn ich das 
Signal vorher abgreife ist alles so wie es sein sollte.

1.Weiss Jmd. wie dieses Verhalten erklärt werden kann?
2.Kann man es kompensieren?
3.Impedanzwandler weg lassen?
4.Muss man vllt. vor dem Impedanzwandler ein Tiefpass schalten?
5.Muss man immer vor einem IC Eingang einen Tiefpassfilter verwenden, 
wenn das Signal im Hochfrequenzbereich liegt?

Es wird ein TL082 als OPV genutzt.

http://www.bader-frankfurt.de/loads/TL082.pdf

[lalala (Gast)]

Mir ist gerade etwas unklar wo Dein Eingang und wo der Ausgang ist.
Von welcher Impedanz auf welche wird gewandelt? Misst Du denn beides Mal 
entsprechend angepasst?

[Erwin (Gast)]

Der "Schaltplan" ist hauptsächlich Augenschmerz,
von nachvollziehbarer Symbolik keine Spur.

Ein Impedanzwandler dient dazu, das Messobjekt nicht zu
belasten - sollte es ohne diesen besser gehen, so ist
er falsch dimensioniert, beschaltet, ..., oder überflüssig!

Mal doch mal eine lesbare Schaltung, erkläre, was für ein
Signal reingeht und was für ein Signal rauskommen soll.

Dann wird Hilfe möglich.

[Mike R. (kyriel)]

1. Messwiderstand 4mOhm - da fliesst ein Effektivwert von ca 23A. bei 
1kHz

2. Trennverstärker (Verstärkung 8,2)

3. OPV TL082 - da sind 2 OPVs drin. Der erste wird als 
Differenzverstärker( Faktor 1,5) benutzt. Aus dem Differenzverstärker 
kommt ein +/- 2V Signal raus. Dieses wird bei 5 über 2 gekoppelte 
Spannungsteiler mit einem Offset von 1,65V versehen und auf 1,65V 
gedaempft. So ergibt sich dann für +2 -> 3,3V und für -2V ->0V.

4. Dieses Signal geht dann in den Impedanzwandler rein.
Am Ausgang Out2 geht das Signal zum Tiefpass und dann zum CAT5 Stecker.
CAT5 Stecker ist verbunden mit dem ADC.


Hoffe das bringt bisschen Klarheit. Ansonst kann ich die Schaltung 
nochmal zeichnen ohne die Spannungsregler etc.

------------

Benutze den Impedanzwandler für die Leistungsanpassung, da meine 
"Spannungsquelle" (2gekoppelte Spannungsteiler) hochohmig ist.

[Klaus D. (kolisson)]

Mike Richter schrieb:
> 3. OPV TL082 - da sind 2 OPVs drin.

Was war das noch schön als OPV dreieckig waren und die Eingänge links 
und invertierend unten. Da reichte ein kurzer Blick fürs 
Grundverständnis.

Gruss Klaus

[Kai K. (klaas)]

Der LF33CV hat eine zu kleine Grundlast am Ausgang. Mach noch eine 
Grundlast hin, sodaß mindestens 5mA Strom aus dem LF33CV herausfließen.

Das Augangsfilter ist mit 10R und 56nF Murks. Warum nur 10R? Warum 
soviel Kapazität?

Die drei Switcher haben keine PI-Filter an den Ein- und Ausgängen. In 
Verbindung mit dem CAT5-Kabel fliegst du durch den CE-Test. Zeig das 
bloß nicht dem CE-Tester, der schlägt dich tot. Außerdem wird natürlich 
die Betriebsspannungsunterdrückung der OPamps völlig überfordert. Also, 
auf jeden Fall Pi-Filter rein und eventuell zusätzlich an die 
OPamp-Versorgungen RC-Filter.

Und, ja, der Schaltplan ist eine Zumutung!

[Mike R. (kyriel)]

Kai Klaas schrieb:
> Der LF33CV hat eine zu kleine Grundlast am Ausgang. Mach noch eine
> Grundlast hin, sodaß mindestens 5mA Strom aus dem LF33CV herausfließen.

Wo kann ich die Grundlast erkennen? Ab wann ist Sie zu gering? Was 
passiert wenn sie zu gering ist? Wie erhöhe ich die Grundlast?

> Das Augangsfilter ist mit 10R und 56nF Murks. Warum nur 10R? Warum
> soviel Kapazität?

R=10 und C=68nF (war leider ausgeblendet in der Schaltung) -> die 
Grenzfrequenz liegt bei 230kHz. Nach dem Impedanzwandler habe ich einen 
niederohmigen Ausgang. Wenn ich R nun Größ wähle, ist es nicht dem 
Impedanzwandlerprinzip entgegenwirkend?

> Die drei Switcher haben keine PI-Filter an den Ein- und Ausgängen. In
> Verbindung mit dem CAT5-Kabel fliegst du durch den CE-Test.

Mit Switcher meinst du bestimmt die Spannungsregler. Musste mich erst zu 
PI-Filter was anlesen. In wie weit wirkt sich das Weglass und Hinzufügen 
auf mein Signal aus? Ist soweit ich es verstanden habe, für die 
Leistungsanpassung und Unterdrückung von Oberschwingungen.

> Außerdem wird natürlich
> die Betriebsspannungsunterdrückung der OPamps völlig überfordert.

Hab ich noch nichts davon gehört. Google spuckt auch nichts aus. Kannst 
du das bitte naeher erläutern. Wie man das erkennt und was für 
Auswirkungen das hat.

> Und, ja, der Schaltplan ist eine Zumutung!

Werde es beim nächsten mal besser machen. Sry :)

[Kai K. (klaas)]

>Wo kann ich die Grundlast erkennen?

R3* und R4*.

>Ab wann ist Sie zu gering?

Hängt vom Regler ab. 5mA sollten schon fließen.

>Was passiert wenn sie zu gering ist?

Dann läuft die Ausgangsspannung davon.

>Wie erhöhe ich die Grundlast?

Einfach einen 680R vom Ausgang des LF33CV nach GND2 legen.

>R=10 und C=68nF (war leider ausgeblendet in der Schaltung) -> die
>Grenzfrequenz liegt bei 230kHz. Nach dem Impedanzwandler habe ich einen
>niederohmigen Ausgang. Wenn ich R nun Größ wähle, ist es nicht dem
>Impedanzwandlerprinzip entgegenwirkend?

Ja, aber du riskierst, daß der OPamp aufgrund der kapazitiven Last des 
Kabels schwingt. Deswegen sollte der Widerstand etwas vergößert werden. 
33...47R sollten es mindestens sein. Und der 68n Cap ist hinderlich, 
weil er dem OPamp ein rund 700m langes Kabel am Ausgang vorgaukelt.

>Mit Switcher meinst du bestimmt die Spannungsregler. Musste mich erst zu
>PI-Filter was anlesen. In wie weit wirkt sich das Weglass und Hinzufügen
>auf mein Signal aus? Ist soweit ich es verstanden habe, für die
>Leistungsanpassung und Unterdrückung von Oberschwingungen.

Switcher oder DC/DC-Wandler erzeugen teilweise extreme Störungen, die 
frequenzmäßig sehr weit hinaufreichen. Die 
Betriebsspannungsunterdrückung eines OPamp nimmt zu hohen Frequenzen 
aber immer weiter ab. Störungen auf der Versogungsspannung schlagen 
deshalb irgenwann auf das Ausgangssignal des OPamp durch und erscheinen 
im Signalweg. Auf jeden Fall können sie die Funktion des OPamp aber 
massiv beeinträchtigen.

DC/DC-Wandler mit galvanisch getrennter Ausgangsspannung erzeugen 
zusätzlich erhebliche Gleichtaktstörungen, weil sich die Schaltstörungen 
des Ausgangssignals einen Pfad zum Eingangssignal, der Quelle der 
Schalterei, suchen und dabei angeschlossene Kabel in verheerende 
Antennen verwandeln.

Hier ist das erklärt:

http://www.recom-international.com/fileadmin/Media/Folder-Flyer/App_Notes_12022014.pdf

[Mike R. (kyriel)]

>>Ab wann ist Sie zu gering?
>
> Hängt vom Regler ab. 5mA sollten schon fließen.

Der fliessende Strom ergibt sich doch aus 3,3V/100kOhm.
Das ergibt 33nA. Müsste man nicht dann die Grundlast verringern, damit 
man min. 5mA bekommt? Kannst du mir vllt ein Beispielregler nennen, 
damit ich es beim naechsten mal das Prinzip selber anwenden kann? Gibt 
es einen Grund warum 5mA? warum nicht 7mA oder 10mA?

>>Was passiert wenn sie zu gering ist?
>
> Dann läuft die Ausgangsspannung davon.

Wird zu klein? Mein Ozsi zeigt da 1,62V-1,63V an. Haut auch hin, da mein 
V_out 3,26V beträgt.

>>Wie erhöhe ich die Grundlast?
>
> Einfach einen 680R vom Ausgang des LF33CV nach GND2 legen.

Wie im beigefügtem Bild?

>>R=10 und C=68nF (war leider ausgeblendet in der Schaltung) -> die
>>Grenzfrequenz liegt bei 230kHz. Nach dem Impedanzwandler habe ich einen
>>niederohmigen Ausgang. Wenn ich R nun Größ wähle, ist es nicht dem
>>Impedanzwandlerprinzip entgegenwirkend?
>
> Ja, aber du riskierst, daß der OPamp aufgrund der kapazitiven Last des
> Kabels schwingt. Deswegen sollte der Widerstand etwas vergößert werden.
> 33...47R sollten es mindestens sein. Und der 68n Cap ist hinderlich,
> weil er dem OPamp ein rund 700m langes Kabel am Ausgang vorgaukelt.

Weiss nicht ob wir über den gleich Tiefpassreden.
Habe in der Schaltung 3 Stück drin.
1. 10 Ohm 47nF f_g=338627 Hz  (zu viel denke)
2. 8k ohm 68pF f_g=292564 Hz  (bei mir steht da noch 2k - sry)
3. 10 Ohm 100nF f_g(159154 Hz

Ich dachte du meinst die 3., aber danach kommt kein OpAmp.

>>Mit Switcher meinst du bestimmt die Spannungsregler. Musste mich erst zu
>>PI-Filter was anlesen. In wie weit wirkt sich das Weglass und Hinzufügen
>>auf mein Signal aus? Ist soweit ich es verstanden habe, für die
>>Leistungsanpassung und Unterdrückung von Oberschwingungen.
>
> Switcher oder DC/DC-Wandler erzeugen teilweise extreme Störungen, die
> frequenzmäßig sehr weit hinaufreichen. Die
> Betriebsspannungsunterdrückung eines OPamp nimmt zu hohen Frequenzen
> aber immer weiter ab.
> Störungen auf der Versogungsspannung schlagen
> deshalb irgenwann auf das Ausgangssignal des OPamp durch und erscheinen
> im Signalweg. Auf jeden Fall können sie die Funktion des OPamp aber
> massiv beeinträchtigen.

Was sind Betriebsspannungsunterdrückungen? Vllt 
Versorgungsspannungsdurchgriff ? Habe nichts zu diesem Begriff gefunden.
Wenn Ja. Sollte ich einen PI-Filter vor den Spannungsreglern einbauen, 
damit dieOberschwingungen weggefiltertund die Leistung an den OpAmp 
angepasst werden? ich Sehe z.B beim 7905 oder 7805, dass nur 
Entkopplungskondensatoren verwendet werden.

> DC/DC-Wandler mit galvanisch getrennter Ausgangsspannung erzeugen
> zusätzlich erhebliche Gleichtaktstörungen, weil sich die Schaltstörungen
> des Ausgangssignals einen Pfad zum Eingangssignal, der Quelle der
> Schalterei, suchen und dabei angeschlossene Kabel in verheerende
> Antennen verwandeln.
>
> Hier ist das erklärt:
>
> 
http://www.recom-international.com/fileadmin/Media/Folder-Flyer/App_Notes_12022014.pdf

Verhindere ich mit der galvanischen Trennung nicht Gleichtaktproblem, in 
dem ich ja die Systeme entkoppel, können sich auch die Gleichtaktsignale 
auf meiner Leistungsseite nicht auf meiner Messseite auswirken?

[Kai K. (klaas)]

>Der fliessende Strom ergibt sich doch aus 3,3V/100kOhm.
>Das ergibt 33nA. Müsste man nicht dann die Grundlast verringern, damit
>man min. 5mA bekommt?

Also, wenn du die Grundlast vergößerst, fließt mehr Strom. Also muß der 
Lastwiderstand verkleinert werden.

>Kannst du mir vllt ein Beispielregler nennen, damit ich es beim naechsten
>mal das Prinzip selber anwenden kann? Gibt es einen Grund warum 5mA?
>warum nicht 7mA oder 10mA?

Wenn du dir das Datenblatt des LF33CV anschaust, stellst du fest, daß 
die "load regulation" für einen Ausgangsstrom zwischen 5mA und 500mA 
spezifiziert wird. Das kann (muß nicht) bedeuten, daß der Regeler für 
kleinere Lastströme nicht ordentlich arbeitet. Die LM78XX und vor allem 
LM79XX haben genau dieses Problem: Die Ausgangsspannung kann aberwitzig 
große Werte annehmen, die nur knapp unter der Eingangsspoannung liegen.

>Wie im beigefügtem Bild?

Natürlich muß das die gleiche Masse sein, an der auch der Regler mit 
seinem Massepin hängt.

>Ich dachte du meinst die 3., aber danach kommt kein OpAmp.

Ich meine den Tiefpaß, der ins CAT5-Kabel geht.

>Was sind Betriebsspannungsunterdrückungen? Vllt
>Versorgungsspannungsdurchgriff ? Habe nichts zu diesem Begriff gefunden.

Dann such mal nach "PSRR" oder "power supply rection ratio" von 
"operational amplifier". Da gibt es tonnenweise "application notes" von 
TI und anderen.

>Sollte ich einen PI-Filter vor den Spannungsreglern einbauen,
>damit dieOberschwingungen weggefiltertund die Leistung an den OpAmp
>angepasst werden?

Das hat nichts mit Leistungsanpassung zu tun. Das sind Tiefpaßfilter, 
die Störspannungen dämpfen und die wie ein Pi geformt sind, also Cap 
nach Masse, R- oder L-Längsglied und dann noch mal ein Cap nach Masse. 
Hast du die Recom "application note" durchgelesen?

>ich Sehe z.B beim 7905 oder 7805, dass nur Entkopplungskondensatoren
>verwendet werden.

Das sind ja auch Linearregler und keine Switcher.

>Verhindere ich mit der galvanischen Trennung nicht Gleichtaktproblem, in
>dem ich ja die Systeme entkoppel, können sich auch die Gleichtaktsignale
>auf meiner Leistungsseite nicht auf meiner Messseite auswirken?

Häng mal dein Oszi an den Ausgang und messe gegen die Eingangsmasse. 
Nicht erschrecken, wenn du Nadelpeaks von 10V und darüber siehst.

Nein, das ist ein weit verbreiterter Irrtum. Du verhinderst direkte 
galvanische Kopplung und entschärfst damit Niederfrequenzschleifen. Aber 
die Schaltstörungen können sich völlig eskalierend austoben. Du brauchst 
auf jeden Fall einen Cap zwischen Eingangs- und Ausgangsmasse, damit die 
Schaltstörungen auf kürzestem Wege zur Quelle zurückfließen können. Die 
Recom "application note" zeigt wie.

[Mike R. (kyriel)]

>>Wie im beigefügtem Bild?
>
> Natürlich muß das die gleiche Masse sein, an der auch der Regler mit
> seinem Massepin hängt.

Ja war auch so beabsichtig. Leider Schusselfehler.

>>Ich dachte du meinst die 3., aber danach kommt kein OpAmp.
>
> Ich meine den Tiefpaß, der ins CAT5-Kabel geht.

Ok, ich habe den Impedanzwandler mal überbrückt und meine Tiefpass 
rausgenommen. Wie sich herraus gestellt hat ist vor dem ADC Eingang ein 
Tiefpass mit 300Ohm und 100nF. Er ist somit nur für 5kHz ausgelegt. Habe 
da leider eine grosse Verzögerung drin. Die kann ich doch verringern 
indem ich die Widerstände oder Kapazitäten kleiner mache oder 
(Zeitkonstante)?

>>Was sind Betriebsspannungsunterdrückungen? Vllt
>>Versorgungsspannungsdurchgriff ? Habe nichts zu diesem Begriff gefunden.
>
> Dann such mal nach "PSRR" oder "power supply rection ratio" von
> "operational amplifier". Da gibt es tonnenweise "application notes" von
> TI und anderen.

Jap PSRR ist unter Versorgungsspannungsdurchgriff geführt

> Das hat nichts mit Leistungsanpassung zu tun. Das sind Tiefpaßfilter,
> die Störspannungen dämpfen und die wie ein Pi geformt sind, also Cap
> nach Masse, R- oder L-Längsglied und dann noch mal ein Cap nach Masse.
> Hast du die Recom "application note" durchgelesen?
>

Die 70 Seite habe ich nicht komplett gelesen :). Konnte in der Pause mal 
reinschauen. Auf Seite 23 wurde der PI-Filter kurz angerissen.
PI-Filter ist ja ein Tiefpass dritter Ordnung. Tiefpässe hoeherer 
Ordnung benutzt man doch wenn stärker Dämpfen will. Gibt es eine 
Empfehlung wann man zweiter oder dritter oder n-ter Ordnung benutzt?

P.S in der Hochfrequenztechnik wird der PI-Filter zur Leistungsanpassung 
von Sender und Empfänger benutzt.

> Das sind ja auch Linearregler und keine Switcher.
>
Woran erkenn ich denn ob es sich um einen Switcher oder Linearregler 
handelt?

> Du brauchst
> auf jeden Fall einen Cap zwischen Eingangs- und Ausgangsmasse, damit die
> Schaltstörungen auf kürzestem Wege zur Quelle zurückfließen können. Die
> Recom "application note" zeigt wie.

Ok. Hast du eine Seite im Kopf? Ansonst schau ich mir das Morgen mal an.