Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OTA LM13700 Berechnung


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von Curby23523 N. (Gast)


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Hallo,

ich werde aus sämtlichen Tutorials bzgl. des Lm13700/LM13600 nicht ganz
schlau z.B.

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere....

Ich habe ein Audiosignal das z.B. 20-200mV peak-to-peak hat (ist noch
anpassbar) und möchte dies mit einer Steuerspannung von 0-5V verstärken
auf ca. 1.5V peak-to-peak max. bei 5V Steuerspannung.
Der OTA soll ebenfalls mit 0-5V betrieben werden, das Audiosignal liegt
bereits um 2.5V Gleichspannung.

Ich lege also das Signal am + Eingang an, Masse an den Minuseingang.
So wie ich das verstanden habe, lege ich über den Diodeneingang den
maximalen Biasstrom fest? Muss ich Jetzt gegen 0V rechnen?

Also z.B. 1k wäre 5V/1000 = 5mA?

Als nächstes kann ich also als Biasstrom ein Widerstand von minimal 1k
benutzen? Dann hätte ich ja die 5mA? Unter 1k dürfte dann Verzerrung
eintreten?

Aber welchen Ausgangsstrom habe ich dann und welchen WIderstandswert
habe ich dann?

Bitte helft mir :)

: Verschoben durch Moderator
von ArnoR (Gast)


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Nils H. schrieb:
> Ich lege also das Signal am + Eingang an, Masse an den Minuseingang.
> So wie ich das verstanden habe, lege ich über den Diodeneingang den
> maximalen Biasstrom fest? Muss ich Jetzt gegen 0V rechnen?

Nein. Du legst die 2,5V an den Minuseingang. Den Biasstrom legst über 
den ABI fest (5mA ist zu viel!), die Dioden linearisieren die 
Eingangskennlinie, aber 200mVpp schaffst du damit nicht.

Mit dem Biasstrom steuerst du die Verstärkung, indem die Ströme im OTA 
verändert werden und dadurch entsprechend die Steilheit der 
Eingangsdiffstufe. Das macht am Lastwiderstand dann unterschiedliche 
Ausgangsspannungen bei gleicher Eingangsdifferenzspannung -> gesteuerte 
Verstärkung.

5V Versorgung sind mMn zu wenig für den LM13700, schau dir mal die Werte 
für den Eingangsgleichtaktbereich und die Ausgangspegel im DB an. Da 
sind jeweil 3V zu den Rails spezifiziert.

von Curby23523 N. (Gast)


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Also mein Vorhaben ist, dass ich ein Audiosignal bzw. ein Signal, 
welches ausgegeben werden soll von 0-5Volt Gleichspannung, über einer 
Steuerspannung von 0-5V in seiner Amplitude von 0 bis ~2V regeln kann 
(Lineout).

Wahrscheinlich sind That-ICs für so ein Vorhaben z.B. besser geeignet 
oder? Ich dachte lediglich daran, dass ein LM13700 eben immer leicht zu 
beschaffen ist.

von Curby23523 N. (Gast)


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Ist dieses Prinzipschaltbild richtig?

Vom µC kommt von P6 ein analoges Signal z.B. ein Sinus, DC 0-5V. Über 
den Elko trenne ich dieses vom DC Anteil und ich habe das Signal im 
Bereich von -2.5V bis +2.5V. Über einen SPannungsteiler nach dem Elko 
dämpfe ich das Signal auf einen gewünschten Pegel im mV Bereich (welcher 
wäre hier ratsam?).

Den LM13700 gebe ich -5V aus einem 79L05. Braucht dieser noch Elkos? 
Damit hat dieser eine symmetrische Spannung von +-5V.

Von P7 kommt ein Steuersignal 0-5V. Bei 5V soll das Signal auf der 
Klinkenbuchse Line Pegel haben, also ca. 2V - bei 0V wäre ideal, dass es 
still ist, da könnte man aber in SOftware etwas nachhelfen.

Also gehts um R5, R7, R6 und R20. Hier werde ich nicht ganz klug, wie 
ich diese nun berechnen muss. Vll. kann man mir hier etwas helfen?

Meine Berechnung:
R5 = 4,3V/0,001A = 4,3k
R6 = (5V + 5V-2*0,7V) / 0,001A = 8,6k
R8 = 0 Ohm (ok?)
Input sollte kleiner als 60mVpp sein, also nehme ich 20mV und einen 
Spannungsteiler von 125k - 1k.

Eine zusatzfrage habe ich noch: Kann ich den LM386 oben rechts so 
anschließen? Oder sollte da noch ein Buffer daziwschen? Kann ich den 
auch mit symmetrischen +/-5V betreiben? Dann muss ich alle 
Massenaschlüsse mit -5V ersetzen oder?

PS: Überall steht Digital Ground, aber die Masse wird natürlich 
sternförmig vom digitalen Schaltungsteile getrennt.

Vielen eventuellen Dank schonmal!

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Nils H. schrieb:
> Den LM13700 gebe ich -5V aus einem 79L05. Braucht dieser noch Elkos?
> Damit hat dieser eine symmetrische Spannung von +-5V.

Sehe ich das richtig? Du legst +5V an den Eingang eines 79L05 und 
glaubst (hoffst?) daß dann -5V aus dessen Ausgang kommen? Muhaha!

> Von P7 kommt ein Steuersignal 0-5V.

Das wird nicht funktionieren. Ein OTA wie der LM13700 ist ein strom- 
gesteuertes Bauelement. Entscheidend ist der Strom, der in den 
Steuereingang fließt. Bezugspunkt ist dabei die negative Versorgungs- 
spannung, bzw. eine Spannung zwei Flußspannungen darüber. Einfach mal 
die Innenschaltung ansehen.

Wenn du den LM13700 mit +/-5V versorgst und über einen Widerstand von 
sagen wir mal 10K eine Spannung zwischen 0V und 5V anlegst, denn kriegst 
du einen Steuerstrom zwischen ca. 0.37mA und 0.87mA. Da die Verstärkung 
proportional zum Strom ist, kannst du sie also auch nur um einen Faktor 
von ~2.35 respektive ~7dB verstellen.

von Curby23523 N. (Gast)


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Ja, das mit dem 79L05 habe ich bereits gesehen, sowas dummes. Ich 
benutze da jetzt einen Lt1054.

Ich habe mich für die Dimensionierung von meinem R6 an das Datenblatt 
gehalten. Dort steht, dass für den Bias Input zwei mal 0,7V abgezogen 
werden muss. Sprich 10V-2*0,7V = 8,4V

8,4V / 0,001A = 8,4kOhm

Laut Datenblatt , so wie ich das gelesen habe, wird 1mA empfohlen und 
2mA ist auch das maximum zulässige, das wären 4,2kOhm.

Aus dem Elektronik Kompendium:

    gm = 10mS = 10mA/V

    v = gm * R = 10mA/V * 10k = 10mA/V * 10V/mA = 100

Also wenn ich einen Biasstrom von 0,5mA nutze (maximal) und 10k, dann 
hätte ich bei 5V (dann ist der I Bias = 0,5mA) eine Verstärkung von 100 
und somit 2,2V am Output (bei 0,02V Input)?

Oder rechne ich hier falsch?

von Curby23523 N. (Gast)


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Nachtrag: Ich glaube ich verstehe den Einwand. Figure 8 aus dem 
Datenblatt, ich muss mit der Steuerspannung runter auf -5 bis +5V Volt 
und nicht nur 0 bis +5V oder?

Kann ich die 0-5V benutzen, um einen Logiclevel Transistor anzusteuern, 
welcher als Spannungsteiler wirkt? Wenn dieser vollgesperrt ist liegen 
-5V am Iabc und wenn der komplett durchschaltet annähernd +5V?

Geht diese Kurve  IMMER von -15 bis +15V, auch wenn ich den LM13700 mit 
+-5V betreibe? Kann ich mir irgendwie nicht vorstellen?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Nils H. schrieb:
> Nachtrag: Ich glaube ich verstehe den Einwand. Figure 8 aus dem
> Datenblatt, ich muss mit der Steuerspannung runter auf -5 bis +5V Volt
> und nicht nur 0 bis +5V oder?

Ja. Genauer gesagt muß deine Steuerspannung (vor dem Widerstand) bis auf 
mindestens -3.7V runter gehen. Denn erst dann wird der Steuerstrom in 
den OTA auf 0 gefallen sein. -5V geht natürlich auch, aber dann hast du 
einen Totbereich bis ca. -3.7V

> Kann ich die 0-5V benutzen, um einen Logiclevel Transistor anzusteuern,
> welcher als Spannungsteiler wirkt?

Nicht wirklich. Das geschickteste wäre eine gesteuerte Stromquelle, z.B. 
ein pnp-Transistor mit der Basis an besagten 0..+5V und dem Emitter über 
4.3K an +5V. Kollektor dann an den OTA. Dann fließen bei 0V an der Basis 
ca. 1mA in den OTA und bei +4.4V nur noch 0mA (beachte die Negierung).

> Geht diese Kurve  IMMER von -15 bis +15V, auch wenn ich den LM13700 mit
> +-5V betreibe?

Natürlich nicht. Wie gesagt: der Bezugspunkt ist 2 Flußspannungen 
oberhalb der negativen Versorgung. Die Differenz zur Steuerspannung 
geteilt durch den Vorwiderstand ergibt den Steuerstrom. Und die 
Verstärkung des VCA ist proportional zu eben diesem Strom.

von Curby23523 N. (Gast)


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Also hier meine aktuelle Schaltung. Symmetrische +-5V aus 7805 und 7905.

Pin 4 auf Masse 0V.
Pin 3 nimmt das Signal (0-5V). Dieses ist durch C28 vom Gleichstrom 
entkoppelt und wird über den Spannungsteiler auf 0,02Vpp gedämpft.
Pin 2 begrenzt Iabc auf 1mA: 4.3V/0,001 = 4.3k (später E-Reihe).
Pin 1 kriegt eine Konstantstomquelle vom µC. R6 = 4,4V/0,001 = 4.4k
Durch R20 liegen bei 1mA ibias 100 fache  Verstärkung und somit 2Vpp an 
R20 an.


    gm = 10mS = 10mA/V

    v = gm * R = 10mA/V * 10k = 10mA/V * 10V/mA = 100

Wie ich R7 dimensionieren soll verstehe ich noch nicht so ganz, aber 
danach ist ein Bandpass von 15Hz-20kHz mit einer Ausgangsimpedanz von 
300 Ohm.

Wäre das soweit korrekt?

von Curby23523 N. (Gast)


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Hallo nochmal,

ich habe die Schaltung jetzt aufgebaut auf einem Steckbrett. Ich habe 
symmetrische +-5V und habe den Eingang + auf Masse gezogen. Die 
Steuerspannung nehme ich von einem Potentiometer, welches ich durch 
einen Rail-to-rail Opamp Buffer nutze.

Jetzt sehe ich das Phänomen, dass ich mit dem Poti (drehen..) nahezu 
linear am Stromausgang Pin5 vom LM13700 0-5V einstellen kann.

Nach der Berechnung sollten es a) nur max. ca. 2 V sein und b) schon gar 
nicht, wenn ich beide Eingänge aus GND lege.

Was mache ich falsch?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Nils H. schrieb:
> ich habe die Schaltung jetzt aufgebaut auf einem Steckbrett. Ich habe
> symmetrische +-5V und habe den Eingang + auf Masse gezogen. Die
> Steuerspannung nehme ich von einem Potentiometer, welches ich durch
> einen Rail-to-rail Opamp Buffer nutze.
>
> Jetzt sehe ich das Phänomen, dass ich mit dem Poti (drehen..) nahezu
> linear am Stromausgang Pin5 vom LM13700 0-5V einstellen kann.
>
> Nach der Berechnung sollten es a) nur max. ca. 2 V sein und b) schon gar
> nicht, wenn ich beide Eingänge aus GND lege.
>
> Was mache ich falsch?

Du legst beide Eingänge an GND. Der OTA hat eine Offset-Spannung und 
wenn du die Steilheit (vulgo: Verstärkung) hoch drehst, verstärkst du 
auch die Offsetspannung mit. Die Eingänge müssen über passende (zum 
Linearisierungsstrom) Widerstände nach GND abgeschlossen werden. 
Zweckmäßigerweise per Poti abgleichbar auf Offset-Minimum.

Siehe Figure 3. im Datenblatt.

von Curby23523 N. (Gast)


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Ich habe dem negativen Eingang mit 220 Ohm gegen Masse geschaltet und 
vor dem positiven Eingang einen Spanungsteiler von 220 Ohm (gegen Masse) 
und 27k Ohm (gegen +5V).

Wenn ich über einen Elko ein Signal 0-5V Sinus an den Spannungteiler 
anlege, kann ich dieses jetzt tatsächlich über das Potentiometer regeln.

Zwei Dinge fallen mir auf:

a) ein starkes Rauschen. Das Eingangssignal lege ich auf 20mV über den 
Spannungsteiler, das Rauschen ist nochmal genauso stark. Ist mein Ansatz 
falsch  oder muss ich das Rauschen reduzieren? Ich will erst die 0-5V 
Sinus auf 0,02V dämpfen und anschließend auf den gewünschten Level 
verstärken. Liegt das an den nicht verbundenen Eingängen des anderen 
OTAs? Ich benutze als SPannungsversorgung einen 7805 und 7905(dieser 
über eine Batterie). Hinter beiden habe ich ein 100nF und 100uF. Auf dem 
Steckbrett befindet sich sonst nichts.
Bei viele OPamp Schaltungen ist häufig eine kleine Kapazität parallel 
zur Rückkopplung. Gibt es so eine Hilfe hier auch?

b) das Potentiometer regelt nur auf ca. 3/4 der Strecke, dann aber 
linear. Kann man das auch noch verbessern?

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