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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rückkopplung bei 2 OpAmp


Autor: muli1329 (Gast)
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Hallo,

ich will mit einem ATTiny verschiedene Umweltsensoren abfragen, u.a. ein 
Mikrofon und einen UV Sensor, letztere über zwei MCP6002 OpAmp. Anbei 
der relevante Teil der Schaltung.

Ich bekomme an sich mehr oder weniger plausible Messwerte: 
Eingangsspannung vom Mikrofon sind rund 10mV bei einem Pfiff, was die 
maximale Ausgangsspannung von 3,3V ergibt. Allerdings ändert sich die 
Ausgangs- (und Eingangs-) Spannung gleichzeitig auch am 2. OpAmp 
Ausgang, es scheint also irgendeine Art von Rückkopplung zu geben.

Jetzt habe ich leider von OpAmps nicht wirklich viel Ahnung.... das 
Problem scheint das gemeinsame GND zu sein, aber mir will nicht 
einleuchten, wie das sonst zu schalten wäre. Bin für jeden Hinweis 
dankbar!!

Grüße,
muli1329

Autor: R. M. (Gast)
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Dein OPV läuft anscheinend mit nur einer Betriebsspannung. Aus der 
Zeichnung ist auch nicht erkennbar, wo dein Bezugspotential für die 
Eingänge liegt. Sinnvollerweise sollte das auf halber Betriebsspannung 
liegen. Das erklärt zwar nicht das Übersprechen zwischen den beiden 
Verstärkern, führt aber zu komischen Effekten. Bestenfalls wird vom 
Mikrofon nur eine Halbwelle verstärkt.
mfG

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Man kann auf dem Schaltplan nicht viel erkennen, da einige der
interessanteren Teile wohl oberhalb des oberen Bildrands liegen.

Abei eines springt sofort ins Auge, nämlich der riesige C4 am Ausgang
des linken Opamp. Kapazitive Lasten mögen Opamps generell nicht so
besonders, aber dieser hier stellt mit seinen 470µF praktisch einen
Kurzschluss dar, der so heftig ist, das es verwunderlich wäre, wenn der
zweite Opamp davon nichts mitbekommen würde.

Wozu soll dieser Kondensator überhaupt dienen?

Autor: muli1329 (Gast)
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Der Schaltplan ist eigentlich schon komplett, oberhalb ist nur die 
restliche Beschaltung des ATTiny (kann ich gerne posten, hat aberwohl 
keine Auswirkung auf das OpAmp Problem). VoutA und VoutB gehen da direkt 
auf einen ADC Pin, sonst nichts (die beiden linken Verbindungen, die 
nach oben laufen).

Bezugspotential sollte (wenn ich das richtig verstanden haben :-o) GND 
sein, also ja, nur eine Halbwelle wird verstärkt - was für meinen Zweck 
(ich möchte nur die Lautstärke erfassen) ausreichen sollte.

Wozu der 470µF Kondensator da ist, ist eine gute Frage... ich habe nicht 
das Copyright auf die Schaltung, sondern nur aus verschiedenen Quellen 
zusammengetragen. Ich habe mir aber vorgestellt, dass das ein Art Puffer 
ist, um die Lautstärke-Spitzen etwas zu verzögern. Sollte hier evtl. ein 
Widerstand zwischen VoutA und C4?

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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R. M. schrieb:
> Bestenfalls wird vom Mikrofon nur eine Halbwelle verstärkt.

Ich glaube, das ist hier sogar Absicht, da es vermutlich nur um die
Detektion eines Schallsignals und nicht um das NF-Signal als solches
geht.

muli1329 schrieb:
> Sollte hier evtl. ein Widerstand zwischen VoutA und C4?

Ja, damit hast du einen klassischen RC-Tiefpass, der die Aufgabe besser
erfüllt als nur ein einzelner Kondensator. Wenn es tatsächlich nur um
die Detektion eines Schallsignals geht, kannst du mal ungefähr R=1kΩ
und C=10µF ausprobieren. Damit bekommst du eine Grenzfrequenz von 16Hz.

Autor: R. M. (Gast)
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Dann sollte aber wenigstens eine Diode hinter den Ausgang, damit der OPV 
den Elko in den Signalpausen/negativen Halbwellen nicht wieder 
runterzerrt.

Autor: muli1329 (Gast)
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Klingt gut, viel Dank schon mal... nur, damit ich das richtig 
zusammenfasse, ich hätte dann:

VoutA > Diode > MC > R1k > C10uF > GND

Also den Mikrocontroller ADC nach der Diode und vor dem RC-Tiefpass. 
Habe ich dann nicht auch einen zusätzlichen Spannungsabfall an der 
Diode?

Noch eine Zusatzfrage, grundsätzlich brauche ich am OpAmp Ausgang keinen 
Pull-Down Widerstand (also gerade auch auf der anderen Seite, an der UV 
Diode)?

Autor: Klaus R. (klara)
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muli1329 schrieb:
> Anbei
> der relevante Teil der Schaltung.

Die kann man aber nicht vernünftig lesen.
mfg klaus

Autor: Mani W. (e-doc)
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Wie schon Yalu schrieb, ist der 470 µF Elko am OpAmp Ausgang eine
Brutalität, wenn schon geglätteter Ausgang, dann mindestens über
einen RV von 100 Ohm an den Elko...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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muli1329 schrieb:
> Also den Mikrocontroller ADC nach der Diode und vor dem RC-Tiefpass.

Nein, nach dem Tiefpass, sonst könntest du den Tiefpass ja auch gleich
weglassen.

> Habe ich dann nicht auch einen zusätzlichen Spannungsabfall an der
> Diode?

Mit der Diode ist das so eine Sache.

Prinzipiell brauchst du sie nicht, da der Opamp so beschaltet ist, dass
er nur die positiven Halbwellen des Mikrofonsignals verstärkt. Der
Tiefpass mit seiner relativ großen Zeitkonstante macht daraus ein noch
leicht welliges DC-Signal, dass ein Maß für den Lärm ist, der da draußen
herrscht. Dieses Signal sollte der µC mit seinem ADC problemlos
auswerten können.

Mit der zusätzlichen Diode erhältst du statt des Mittelwerts des Signals
dessen Maximum abzüglich des Spannungsabfalls an der Diode. Bei einem
starken Signal ist damit die Spannung, die der ADC misst, höher als ohne
Diode. Beträgt der Scheitelwert des Signals aber nur 100 mV, lässt die
Diode so gut wie nichts davon durch, so dass der ADC nichts misst. Ohne
Diode wird der ADC immerhin noch gute 30mV messen.

Du kannst auch einen zusätzlichen Opamp als Spitzenwertgleichrichter
nachschalten, dann genießt du die Vorteile der Diode ohne den Nachteil
des Spannungsabfalls. Allerdings wird die Schaltung dadurch aufwendiger.

> Noch eine Zusatzfrage, grundsätzlich brauche ich am OpAmp Ausgang keinen
> Pull-Down Widerstand (also gerade auch auf der anderen Seite, an der UV
> Diode)?

Nein, die Opamps haben (im Gegensatz zu manchen Komparatoren) einen
Push-Pull-Ausgang. Selbst wenn du einen Pull-Down-Widerstand bräuchtest,
wäre der ja in Form von R7 und R8 bzw. R9 und R10 bereits vorhanden.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Um mal auf die eingangs gestellte Frage einzugehen: Der andere Eingang 
ist mit 1MegOhm sehr hochohmig, und damit sehr empfindlich gegen 
eingekoppelte Störungen. Hier macht sich der praktische Aufbau im Detail 
leicht bemerkbar.

Schließ mal den 1MOhm kurz und Du wirst feststellen, dass der 
Mikrofonverstärker nicht mehr überspricht.

Autor: muli1329 (Gast)
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Ok, dann werde ich mal das versuchen: VoutA > R1k > C10uF > MC

Zum anderen Teil der Schaltung, die würde unempfindlicher, wenn ich den 
1M Widerstand austausche? Zum Bespiel R7=400k und R8=10k würde ja eine 
ähnliche Verstärkung geben.

Autor: muli1329 (Gast)
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So, danke nochmal für die Hinweise! Das Problem lag in jedem Fall an dem 
470 µF Kondensator am OpAmp Ausgang...

Hiermit hat es schon ganz gut funktioniert, allerdings fehlt bei 
lauteren Geräuschen etwas der Ausschlag:

 VoutA > R1k > C10uF > MC

Ich habe dann versucht, VoutA direkt auf dem ADC Eingang des MC zu geben 
(also auch ohne Diode, da ja GND mein Bezugspunkt ist und ich eigentlich 
ich so schlimmstenfalls 0V messen sollte). Dafür bin ich gerade dabei, 
die MC-Logik etwas zu tunen, und mit 1kHZ zu messen (statt vorher 1Hz) - 
dann sollte ich eigentlich in der Software das jeweils aktuelle Maximum 
bilden können.

Zum anderen Teil der Schaltung, hier habe ich noch nichts verändert, die 
scheint jetzt ganz stabil zu sein. Werde mal schauen, ob ich R7/R8 
später noch austausche.

Grüße,
muli

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