Hallo,
ich habe vor ein Signal von einem Ultraschallsensor zu verstärken.
Hierzu habe ich mir eine einfache Schaltung aus dem Internet gezogen.
Nachdem das ganze rum probieren nichts geholfen hat habe ich die
Steckplatine auf dem PC nachgestellt. Der Schaltplan daraus ist
automatisch generiert und meiner Meinung nach auch richtig. Als
Operationsverstärker benutze ich den LM2902N(in der Zeichnung steht ein
anderer) Ich habe jetzt am Ausgang exakt das gleiche Signal wie ich am
Ultraschallsensor messe. Was mache ich falsch?
Im Anhang ist das Datenblatt vom 2902, meine Platine und der automatisch
generierte Schaltplan sowie das Beispiel was ich nachgebaut habe.
Ich bin für jeden Tipp dankbar
Welchen Ultraschall-Sensor verwendest du?
Welchen Ausgangswiderstand hat er? Zumindest der nicht-invertierende
Verstärker müsste funktionieren, evtl. eingangswiderstand auf 1 MegOhm
erhöhen.
Evtl. gibt der Sensor ein AC-Signal aus, dann musst du den OPV mit einer
symmetrischen Spannung versorgen, damit das Signal korrekt um beide
Polaritäten schwingen kann.
Nein habe keine negative Spannung angeschlossen. Aber er müsste doch
trotzdem in eine Richtung verstärken ? Wie erzeuge ich am besten ne
negative Spannung ?
SveWi schrieb:> Nein habe keine negative Spannung angeschlossen. Aber er müsste doch> trotzdem in eine Richtung verstärken ? Wie erzeuge ich am besten ne> negative Spannung ?
Mit nem zweiten 9V-Block?
SveWi schrieb:> Wie erzeuge ich am besten ne> negative Spannung ?
Verwende zwei 9 V Batterien. Batterie 1: Pluspol an VCC+ (Pin 4),
Minuspol ist die Masse in der Schaltung. Batterie 2: Pluspol an Minuspol
1. Batterie (also an Masse), Minuspol an VCC- (Pin 11). Cheers, Ashoka
Da hat sich der Beitrag wohl überschnitten.. Ich habe gerade den
Ultraschallsensor gedreht und siehe da es verstärkt. von 0,5V null bis
spitze in 1 Volt Null bis Spitze. Also nur die positive Welle. Das würde
mir ausreichen. Nur hätte ich es gerne weiter Verstärkt. Kann ich
einfach ein größeres Poti einbauen ? Das müsste ich allerdings
bestellen. Hätte noch 1kOhm Widerstände. Kann ich die irgendwo in reihe
setzen ?
SveWi schrieb:> Was mache ich falsch?
a) Die Schaltung ist Murks, erfüllt nicht mal die grundlegendsten
Grundlagen.
b) Der billigste der billigen OpAmp, der LM324/2902 taugt gar nicht für
Ultraschall, der dämpft ja mehr als dass er verstärkt.
Wenn man Ultraschall empfangen will, sollte man erst mal daran denken,
daß es viele andere Geräusche ausser dem Ultraschall gibt. Rumpeln,
Blätterrauschen, Sprache und Musik, Gepolter und Tiere.
Willst du das alles verstärken ? Das ist normalerwiese lauter als der
interessierende Ultraschall.
Klugerweise verstärkt man nur, was einen interessiert, hier also wohl
entweder eine Freuenz (40kHz) oder einen engen Frequenzbereich
(20-50kHz), je nach dem, was man machen will: Bloss sinene Sender
empfangen wie für Ultraschallentfernungsmesser, oder Fledermäuse
abhören.
Deine Schaltung leistet davon nichts.
HIer ein selektiver Empfänger
http://www.avrfreaks.net/sites/default/files/Ultrasonic%20Transducer%20Receiver%20P1%20V3.jpg
Hier z.B. gibt es eine Signal amplification circuit
http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/e_sonic1_3.htm
Ja so was, es ist nicht die einfachste Schaltung die beste Lösung.
Danke,
ich möchte ein von mir erzeugtes Ultraschallsignal empfangen. Das senden
funktioniert auch schon. Nur das empfangen war eben noch zu schwach. Ich
werde die Bauteile der von dir vorgeschlagenen Seite bestellen und die
Schaltung nachbauen. Welchen Operationserstärker schlägst denn vor ?
um hier erst mal weiter experimentieren zu können kann ich aber ein
größeres Poti bestellen ?
Dachte jetzt an die Schaltung : Signal amplification circuit von der
von dir vorgeschlagenen Seite. Die Kondensatoren sind da auch nicht
beschrieben. Was nimmt man da am besten ?
SveWi schrieb:> Dachte jetzt an die Schaltung : Signal amplification circuit von der> von dir vorgeschlagenen Seite. Die Kondensatoren sind da auch nicht> beschrieben. Was nimmt man da am besten ?
Der Ultraschall hat 40 kHz. Im Datenblatt gibt man bei der Messung den
verwendeten Lastwiderstand für den Ultraschall-Empfänger mit 3,9 kOhm
an. Das ist schon einmal gut für die von Dir ausgewählte Schaltung.
Die Schaltung ist zweistufig. In der ersten Stufe haben wir 40 dB und in
der zweiten Stufe 20 dB Verstärkung.
40 dB = 100 fach. Der OPV benötigt eine Mindestbandbreite von 40 kHz x
100 = 4 MHz. Da kommt der NE5532 infrage. Kostet bei Reichelt 0,27 €,
ist rauscharm und hat eine Bandbreite von 10 MHz. Praktischerweise ist
es sogar ein Dual-OVP. Er benötigt mindestens +/- 5 V
Versorgungsspannung.
Deine ausgewählte Schaltung ist im Prinzip in Ordnung. Nur mit 9 V, also
+/- 4,5 V kommen wir nicht aus. Es müssen schon mindestens 10 V, also
+/- 5 V Versorgungsspannung sein. In dieser Schaltung wird nur eine
Spannungsquelle eingesetzt. Die + Eingänge der OPV werden auf UB/2
gelegt. UB --> Spannungsteiler 10 K /10 K, stabilisiert per
Ladekondensator.
Die erste Stufe hat einen Eingangswiderstand von 10 K. Der ist für den
Ultraschall-Empfänger in Ordnung. Direkt parallel zum
Ultraschall-Empfänger ist ein Ableitwiderstand vorgesehen. 100 k oder
mehr dürften passend sein.
Der Koppelkondensator sollte sofort als Hochpass fungieren. Legen wir
mal die -3 dB, untere Grenzfrequenz bei 30 kHz fest, die obere bei 50
kHz.
Cu = 1 / (2 x 3,14 x 30 kHz x 10 kOhm) = 1,884 nF
Für die obere Grenzfrequenz brauchen wir einen Kondensator parallel zum
1 MOhm Widerstand. Der ist in der Schaltung noch nicht vorgesehen.
Cu = 1 / (2 x 3,14 x 50 kHz x 1 MOhm) = 3,185 pF
Dieser Wert ist nicht wirklich praktikabel. Je nach Aufbau der Schaltung
werden die parasitären Kapazitäten schnell in diese Bereiche kommen. Ein
Steckbrett wäre nicht geeignet.
Man muss die Schaltung niederohmiger betreiben. Man könnte den
Eingangswiderstand, wie in der Messschaltung, auf 3,9 kOhm senken. Dann
könnte der 1 MOhm Widerstand auf 10 / 3,9 ca. 2,5 fach verkleinert
werden. Dann sind wir bei Co = 3,185 x 2,5 pF ca. 8 pF. Das ist immer
noch ziemlich wenig.
Dann senken wir noch die Verstärkung der ersten Stufe von 40 dB auf 20
dB. So haben wir nur noch eine Verstärkung von 10. Co kann somit auf 80
pF erhöht werden. Schon besser.
Der Verstärker soll wohl insgesamt 60 dB Verstärkung haben. Die zweite
Stufe kann niederohmiger angesteuert werden. Der NE5532 kann mit 600 Ohm
Last arbeiten. Nehmen wir mal lieber 1 KOhm. Für 40 dB brauchen wir dann
100 KOhm in der Gegenkopplung. Die Grenzfrequenzen lassen wir bei 30 kHz
und 50 kHz. Die Werte für 1 KOhm und 100 KOhm kannst Du jetzt ja selber
bestimmen.
Wir haben jetzt zwei Bandpässe erster Ordnung hintereinander geschaltet.
Das ist der einfachste Bandpass, nicht sonderlich steil aber besser als
gar nichts.
Um die Schaltung etwas robuster zu machen, würde ich zwei NE5532
einsetzen. Die erste Stufe würde ich dann in der Verstärkung noch etwas
herabsetzen, von 10 fach auf 3 fach. Ich habe es mal durchgerechnet.
Erste Stufe (ca. 10 dB)
-----------------------
Re = 3,9 K --> Cu (30 kHz) = 1,36 nF (120 pF)
Rg = 10 K --> Co (50 kHz) = 318 pF (330 pF
V = 3,16 fach = 10 dB
Stufe 2 bis 4 (ca. 50 dB)
-------------------------
Re = 1,0 K --> Cu (30 kHz) = 5,3 nF (4,7 nF)
Rg = 6,8 K --> Co (50 kHz) = 360 pF (390 pF)
V = 6,8 fach = 16,6 dB
Die Kondensatoren haben im pF-Bereich schon mal grössere Toleranzen.
Weitere Anpassungen müsstest Du selber vornehmen können.
Wenn ich Zeit habe mache ich morgen mal eine Simulation mit LTspice.
mfg klaus
SveWi schrieb:> Welchen Operationserstärker schlägst denn vor ?
Wenn man positive und negative Versorgungsspannung hat mindestens ein
TL072 (oder auch NE5532, wobei der seine Stärken nicht ausspielen kann),
wenn man nur 5V hat mindestens ein TSX922 oder so.
Hallo,
ich habe mal einen Ultraschall-Verstärker für 40 kHz mit zwei NE5532
entworfen. Es stehen vier OPV zur Verfügung. Die Schaltung läuft mit +UB
12 V (single supply). Über einen Spannungsteiler (R1, R2) wird eine
virtuelle Signalmasse +UB/2 erzeugt.
Hohe Widerstände von > 100 kOhm bis 1 MOhm sollten vermieden werden, da
dann die Kondensatoren der Gegenkopplung zu kleine Werte erhielten. Die
Schaltung würde durch parasitäre Kapazitäten unerwünscht beeinflusst.
Dieser Entwurf nutzt je Stufe einen simplen Bandpass erster Ordnung. Im
ersten Entwurf wurden die Eckfrequenzen (-3 dB) des Bandpasses auf 30
kHz und 50 kHz gesetzt. Es stellte sich in der Simulation heraus das die
Mittenfrequenz um ca. 3,3 dB weniger verstärkt wurde, weil sich Tiefpass
und Hochpass wegen der geringen Flankensteilheit überlappten.
Die Eckfrequenzen des Bandpasses wurden daraufhin auf 20 kHz und 60 kHz
festgelegt. Die Minderung betrug jetzt 2,45 dB, je Stufe. Das sollte man
hinnehmen.
Der Eingangswiderstand des Verstärkers wurde auf 3,9 kOhm festgelegt, da
dieser Wert im Datenblatt des Ultraschall-Empfängers als Lastwiderstand
für Messungen verwendet wurde. Die geringe Verstärkung von 5,67 dB der
ersten Stufe wurde gewählt um mit dem Gegenkopplungskondensator nicht in
noch kleinere Werte gehen zu müssen.
Der NE5532 ist auch für 600 Ohm Lasten ausgelegt. Ich habe es mal bei 1
kOhm belassen. Man könnte hier noch etwas variieren um auf glatte Werte
für die Kondensatoren zu kommen. Z.B. R6 von 1 k auf 820 Ohm und 7,96 nF
auf 10 nF. Lässt man R7 auf 6,8 k, so erhöht sich die Verstärkung der
Stufe um ca. 1,75 dB.
mfg klaus
SveWi schrieb:> Nein habe keine negative Spannung angeschlossen. Aber er müsste doch> trotzdem in eine Richtung verstärken ?
Nein, ich habe die linken Räder am Auto nicht montiert. Das müsste aber
doch wenigstens rechts fahren...
SveWi schrieb:> und siehe da es verstärkt.
Ich habe dann etwas mehr Gas gegeben und siehe da: es fährt...
So viel zur bisherigen Vorgehensweise.
SveWi schrieb:> Ich werde die Bauteile der von dir vorgeschlagenen Seite bestellen
Bestelle gleich ein paar Widerstände mehr. Wenn man Analogtechnik
entwickeln will, braucht man ein Sortiment Widerstände und ein Sortiment
Kondensatoren. sonst stellt sich heraus, dass statt des 10k Widerstands
ein 8,2k der Richtige wäre und die Post freut sich.
Hallo,
ich habe bei den Kapazitäten krumme Werte durch gängige Werte ersetzt.
Zugleich störte mich die Abweichung von der Mittenfrequenz. Sie betrug
nur ca. 34 kHz statt der gewollten 40 kHz. Die Abweichung ist sehr
wahrscheinlich durch den Phasengang des NE5532 begründet. Die drei
letzten Stufen haben jetzt jeweils 16,9 dB Verstärkung. Das schafft ein
NE5532 locker bei 40 kHz.
--- So ist habe mal getestet.
Ohne Gegenkopplungskondensator hat der NE5532 bei 40 KHz eine Phase von
-183,3°.
Mittenfrequenz 34 kHz
Cgk = 390 pF ---> 144,6° (rechnerisch korrekter Wert für
RC-Zeitkonstante)
Mittenfrequenz 40 kHz
Cgk = 220 pF ---> 157,2° (durch Simulation ermittelt)
mfg Klaus
MaWin schrieb:> Auch mit TL071 ändert sich nichts relevantes
Den habe ich früher auch gerne genommen. Der TL072, dual OPV, kostet bei
Reichelt 0,33€ im DIP-Gehäuse. Damit ist er 6 Cent teurer als der
NE5532, ebenfalls dual OPV. Der NE5532 rauscht viel weniger und hat die
2,5 fache Bandbreite. Die Preise sind ja wirklich im Keller.
mfg klaus
/*---------------------------
Der Koppelkondensator sollte sofort als Hochpass fungieren. Legen wir
mal die -3 dB, untere Grenzfrequenz bei 30 kHz fest, die obere bei 50
kHz.
Cu = 1 / (2 x 3,14 x 30 kHz x 10 kOhm) = 1,884 nF
Für die obere Grenzfrequenz brauchen wir einen Kondensator parallel zum
1 MOhm Widerstand. Der ist in der Schaltung noch nicht vorgesehen.
Cu = 1 / (2 x 3,14 x 50 kHz x 1 MOhm) = 3,185 pF
*/-----------------------------------
Hallo!
Kann mir mal jemand diesen o.g. Rechenweg erklären, da ich hier komplett
andere Werte bekomme!?
MFG Marc
Marc(Gast) schrieb:> Cu = 1 / (2 x 3,14 x 30 kHz x 10 kOhm) = 1,884 nF
Dieser Wert stimmt nicht. Das 1/x fehlt im Prinzip beim Ausrechnen.
530,78 pF wären richtig.
Marc, Du hast es als einziger nachgerechnet!
mfg Klaus
OP_Platine.png
(44 KB)
OP_SP.png
(39 KB)
Schaltung.png
(23 KB)
