Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Piezo-Verstärker schwingt fatal


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von Wilhelm D. (Gast)


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Hallo zusammen,

ich will mit einem Piezo-Sensor Schwingungen um 2^15 Hz messen. Die 
Frequenz variiert dabei um maximal 100 Hz.
Dazu habe ich einen Ladungsverstärker aufgebaut. Die untere 
Grenzfrequenz sollte (bei angenommenen 5 pF Kapazität des Piezos (Kabel, 
der Piezo selbst, Leiterbahnen) dann bei 1/(2*pi*5pF*1 MOHM) = 31.83 kHz 
und die obere Frequenz bei 1/(2*pi*1pF*4.7 MOHM) = 33.9 kHz liegen. Ich 
meine tatsächlich ein Signal im mV-Bereich mit dem Skop zu erkennen, 
jedoch schwingt das Ding wie verrückt mit 4-5 mV und einer Frequenz im 
kHz Bereich... Ich habe schon alles nach außen abgeschirmt, aber die 
Schwingung bleibt trotzdem vorhanden.

Eine Idee von mir ist nun, eine zweite Verstärkerstufe mit einem 100 
Hz-Bandpass dahinter zu setzen.

Ist dies sinnvoll oder kann mir jemand einen besseren Rat geben?

Ich wäre sehr dankbar.

Beste Grüße

von Joe F. (easylife)


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Versuche mal den Verstärker nicht-invertierend zu verwenden (piezo an + 
eingang, 1Meg von - eingang nach GND).
Symmetrische Versorgung und Abblockkondensatoren setze ich mal voraus.

von Cerberus (Gast)


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Die Schaltung entspricht der in Wikipedia:
#https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker
Aber was oft unbeachtet bleibt, ob die Versorgung
Symmetrisch oder Unsymmetrisch ist. Die Beispielschaltung
ist für symmetrische Versorgung geeignet. Bei Unsymmetrisch
muss noch ein Spannungsteiler eingebaut werden um den OP-Eingang
auf UB/2 zu zwingen.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Betrieb_mit_einfacher_Versorgungsspannung

von Jacko (Gast)


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Keine Ahnung, was dein Sensor so liefert (Piezo ist ein WEITES
Feld), wundere ich mich aber über den hochohmigen Aufwand für
eine Verstärkung von gerade mal etwa 5.

Ein Doppel-FET-OP könnte mit OPV-A den hochohmigen Eingang
mit einem Spannungsfolger bieten - diese Schaltung ist recht
unanfällig für Schwingneigungen. Und eine Folgestufe (OPV-B)
mit einer Verstärkung von +/- 5 ist auch kein Hexenwerk
bezüglich Schwing-Unterdrückung.

Da du nichts von der Speisung erzählst, (wie schon Cerberus
angesprochen hat):

Unsymmetrisch funtioniert nicht!

Es sei denn, man koppelt den "PIEZO" über ein passendes C
mit Spannungsteiler 2 x >= 2,2 MOhm nach U+ und GND an den
+Eingang des Spannungsfolgers.

Wenn dir das nichts sagt: Frag nach, oder vergiss dein Projekt.

von Wilhelm (Gast)


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Vielen Dank für die Antworten!

@ Cerberus
Die Spannungsversorgung ist symmetrisch mit 2 9V-Blocks und 100 nF 
Abblockkondensatoren.

@ Joe F.
Ich versuchs mal nicht-invertierend.

@ Jacko
Der Sensor ist ein Schwingquarz. Ich dachte, die Verstärkung hat mit den 
Widerständen beim Ladungsverstärker nichts zu tun? Bestimmen sie nicht 
die Bandpass-Eigenschaften?
Wieso ein Spannungsfolger? Ich brauche doch eine hohe Verstärkung...

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Wilhelm schrieb:
> Der Sensor ist ein Schwingquarz.

Oo

Abo on, da les ich mal mit :)

von Wilhelm D. (Gast)


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Ich habe jetzt mal einen Bandpass dahinter gehangen.
Das Signal wird zwar stärker, aber es sollte doch auch ohne 
funktionieren!?

von Henrik V. (henrik_v)


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Warum der 1M im Eingang?
ein idealer Ladungsverstärker hat eine (gut isolierte!) Eingangsimpedanz 
von 0-Ohm! Mit dem 1M baust Du wieder einen Spannungsverstärker!

1pF in der Rückkopplung -> 1V/pC .. ist schon nicht ganz ohne .. 
versuche es mal mit 10pF oder besser 100pF und dann einen 
Spannungsverstärker.

Wer meint den Eingang auf den + des OPs verschieben zu können, hat das 
Prinzip des Ladungsverstärkers nicht verstanden.

von Cerberus (Gast)


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Wilhelm schrieb:
> Der Sensor ist ein Schwingquarz.

Das ist aber was anderes als ein Piezo.
https://de.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t

Wenn das ganze ein Quarzoszillator werden soll, wird die
Schaltung wohl eine andere sein müssen. Mal wieder einer,
der die Netiquette nicht beachtet hat.

von Joe F. (easylife)


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Henrik V. schrieb:
> Wer meint den Eingang auf den + des OPs verschieben zu können, hat das
> Prinzip des Ladungsverstärkers nicht verstanden.

Aber das Prinzip eines Spannungsverstärkers (was bei einem Piezo u.U. 
auch eine gute Alternative ist)... ;-)

von Wilhelm D. (Gast)


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Der Sensor ist in der Tat ein Schwingquarz, der aufgesägt wird und dann 
Schallwellen detektiert, die zwischen den Zinken entstehen. 
(Photoakustik)

>> Warum der 1M im Eingang?

Ich hatte gelesen, dass mit einem Eingangswiderstand die untere 
Grenzfrequenz heraufgesetzt wird.

>> 1pF in der Rückkopplung -> 1V/pC .. ist schon nicht ganz ohne ..
versuche es mal mit 10pF oder besser 100pF und dann einen
Spannungsverstärker.

Dann muss ich jedoch den Widerstand in der Rückkopplung heruntersetzen, 
damit der Tiefpass noch funktioniert, oder?

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Wilhelm D. schrieb:
> Ist dies sinnvoll oder kann mir jemand einen besseren Rat geben?

Sonderbare Geschichte, die du da vor hast ...

Je exotischer eine Idee ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, 
dass es wenigerexotische Ideen gibt, die einfacher ans Ziel führen.

Es wären Hintergrundinfos ganz gut, weshalb du das machen willst und was 
der konkrete Anwendungsfall ist.

: Bearbeitet durch User
von Jacko (Gast)


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> Der Sensor ist in der Tat ein Schwingquarz, der aufgesägt wird und
> dann Schallwellen detektiert, die zwischen den Zinken entstehen.
> (Photoakustik)

Was hat Photoakustik mit einem aufgesägten Quarz zu tun?
- Gehäuse aufgesägt?
- Quarz aufgesägt?
- Was kann dabei ein Ladungsverstärker helfen?

Woher weiß der aufgesägte Quarz, wie er auf Schallwellen mit
Licht (Photo-...?) reagieren soll? Und Schallwellen entstehen
lassen soll, die du dann detektieren willst?

Hast du von der Aufgabenstellung so wenig Ahnung, wie von
Schaltungstechnik, oder kannst du ein wahrscheinlich simples
Problem nur nicht in ein paar klaren Sätzen zusammenfassen?

von Wilhelm D. (Gast)


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Nein, ich habe nicht wenig Ahnung von der Aufgabenstellung, schließlich 
ist das meine Masterarbeit, an der ich seit 3 Monaten sitze, während ich 
am Verstärker herumprobiere...

Also ein Lichtstrahl (LASER) regt Moleküle zwischen den Zinken eines 
Stimmgabelquarzes an, die in der Folge kollisionsabgeregt werden. Diese 
Abregung erzeugt eine periodische Temperatur-/Druckerhöhung, genannt 
Schallwelle.

Nun habe ich berechnet, dass man ein Signal von ca. 1-2 fC bzw. 1 mV am 
Quarz erwartet, dies jedoch nur im günstigsten Fall. Um Gase mit dieser 
Apparatur zu detektieren, sollte man Schwingungen auf 32 kHz mit einem 
Signal im 10 muV-Bereich klar detektieren können.  Dieses wird jedoch 
von EM-Wellen von außen und der Eigenschwingung des Verstärkers 
überlagert.

Die EM-Wellen konnte ich durch Abschirmung z.T. eliminieren. Nur 
bereitet mir der Verstärker Sorgen, da er, wie gesagt, Eigenschwingungen 
vollzieht und nicht sauber arbeitet. Am Ausgang wären 0.5 mV Rauschen 
akzeptabel, wenn das Signal 1-2 mV betrage.

Im Anhang ein Bild des Rauschen.

von Joe F. (easylife)


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Und welche Resonanzfrequenz hat der aufgesägte Schwingquarz?

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Joe F. schrieb:
> Und welche Resonanzfrequenz hat der aufgesägte Schwingquarz?

Wenn ich den ersten Post richtig verstanden habe, dann sind es 32768 Hz 
...

Wilhelm D. schrieb:
> Nur
> bereitet mir der Verstärker Sorgen, da er, wie gesagt, Eigenschwingungen
> vollzieht und nicht sauber arbeitet.

Du hast noch nicht erwähnt, was du da für einen OP verwendest.

Wenn du einen LM741 verwendest, würde mich das nicht wundern^^

von Wilhelm D. (Gast)


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Erst einmal vielen Dank für das Engagement, das hier an den Tag gelegt 
wird.

Ich verwende den LT 1028 - ich weiß, dass der nicht die optimale Wahl in 
diesem Bereich ist, aber der LT 1351, den ich laut "Find your OPA"-Paper 
nehmen soll, ist nicht vorhanden.

von Ei der Daus (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
>
> Im Anhang ein Bild des Rauschen.


Das ist kein Rauschen!

von Pandur S. (jetztnicht)


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Eine interessante Problemstellung. Ich wuerde einen OpAmp mit FET 
Eingang AD8610 oder aehnlich verwenden, ind den Verstaerker gleich mit 
dem Quarz zusammen in eine Metallroehre/Metallbuechse mit Optischem 
Fenster einbauen. So ist man EM Einstreuung auf den Quartz und 
Verstaerker los.
Und den Verstaerker als Spannungsverstaerker schalten.

Allenfalls laesst sich etwas an Empfindlichkeit herausholen, wenn man 
den Quarz in einer Oszillatorschaltung anregt und die Verstimmung misst.

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Am Ausgang wären 0.5 mV Rauschen
> akzeptabel, wenn das Signal 1-2 mV betrage.

Da der Laserstrahl ja wohl mit 32kHz moduliert ist hoffe ich, dass du 
den Nachweis am Verstärkerausgang mit einer phasensensitiven 
Gleichrichtung bzw. einem Lock-In Verstärker vornimmst. Dann dürfte das 
Störsignal am Ausgang im Prinzip durchaus größer sein als das 
Nutzsignal, solange es von seinen Frequenzen her gut trennbar ist.

Wilhelm D. schrieb:
> aber der LT 1351, den ich laut "Find your OPA"-Paper
> nehmen soll, ist nicht vorhanden.

Na ja, aber man kann ihn für nicht zu viel Geld im Handel erwerben. 
(oder wenn es ganz billig werden muss für die Masterarbeit ggf. sogar 
kostenlos bei Linear als Sample erbitten).

Wilhelm D. schrieb:
> Im Anhang ein Bild des Rauschen.

Kannst du mal die Frequenz der Störung genauer untersuchen(z.B. einen 
längeren Zeitbereich aufnehmen und die FFT berechnen lassen). Liegt die 
Störung vielleicht genau beim Doppelten der Resonanzfrequenz deines 
Quarzes? (so grob betrachtet könnte es hinkommen).

Dann würde ich darauf tippen, dass dieses "Eigenleben" in die Schaltung 
"eingebaut" ist. Evtl. reicht es nicht, den Schwingquarz bei einer 
Harmonischen seiner Resonanzfrequenz als kleine Kapazität zu 
modellieren.

Um andere mögliche Ursachen auszuschließen: was hängt denn alles am 
Ausgang  deines Verstärkers? Kann von dort eine Störung zurück kommen? 
Z.B. durch die Abtastfrequenz einer Messdatenerfassung?

Oder hast du hier eine kapazitive Last? Schon ein Koaxkabel (oder ein 
Oszi-Tastkopf ohne Teilerfaktor) können an manchen OPV-Ausgängen zu 
unerwünschten Effekten führen.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Zwischen Quarz und Verstaerker darf natuerlich kein Koax haengen. Da 
dieses eine eher happing kapazitive Last darstellt. Um die 100pF/m

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Die Verstärkung des Ladungsverstärkers ist ja V=-Q/C. Bei deinen Werten 
von 1.8fC und 1p kommst du auf eine Ausgangsspannung von -1.8mV. Die 
Berücksichtigung parasitärer (Kabel)Kapazitäten wurde ja schon genannt.

von Wilhelm D. (Gast)


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Sapperlot W. schrieb:
> Und den Verstaerker als Spannungsverstaerker schalten.
>
> Allenfalls laesst sich etwas an Empfindlichkeit herausholen, wenn man
> den Quarz in einer Oszillatorschaltung anregt und die Verstimmung misst.

Der Spannungsverstärker ist doch problematisch, da die Ladung auf dem 
Quarz so schnell es geht abgebaut werden muss, damit keine Rückwirkung 
des Verstärkers auf den Quarz auftritt. Das Messen der Verstimmung ist, 
denke ich, zu kompliziert, da dann neben der Amplitude auch noch 
Phaseneffekte und Frequenzverschiebungen berücksichtigt werden müssen.

Achim S. schrieb:
> hoffe ich, dass du
> den Nachweis am Verstärkerausgang mit einer phasensensitiven
> Gleichrichtung bzw. einem Lock-In Verstärker vornimmst.

Dies wird in der Praxis immer gemacht, möchte ich jedoch vermeiden. 
Schließlich soll ich die gesamte Elektronik selbst bauen.

Achim S. schrieb:
> Liegt die
> Störung vielleicht genau beim Doppelten der Resonanzfrequenz deines
> Quarzes?

Nein. Die Störung ist auch ohne den Quarz vorhanden. Momentan lasse ich 
den Eingang offen. Aber das Einbringen des Quarzes ändert daran nicht 
viel.

Achim S. schrieb:
> was hängt denn alles am
> Ausgang  deines Verstärkers?

Ein Oszilloskop. Ich habe jedoch einen 22 Ohm Widerstand zwischen 
Ausgang und Rückkopplungswiderstand gesetzt, um dessen Kapazität (das 2 
Meter Koax-Kabel) zu vermeiden.

Sapperlot W. schrieb:
> Zwischen Quarz und Verstaerker darf natuerlich kein Koax haengen.

Der Quarz wird mit ca. 5 cm einfacher Litze eingebaut.

Joe G. schrieb:
> Die Verstärkung des Ladungsverstärkers ist ja V=-Q/C.

Prinzipiell frage ich mich jedoch, ob man das Ganze als Ladungs-, 
Transimpedanzverstärker rechnen muss. Da erhält man unterschiedliche 
Ergebnisse, da einmal der Widerstand, andererseits die Kapazität in der 
Rückkopplung eine Rolle spielt...

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Ich habe jedoch einen 22 Ohm Widerstand zwischen
> Ausgang und Rückkopplungswiderstand gesetzt, um dessen Kapazität (das 2
> Meter Koax-Kabel) zu vermeiden.

mach vielleicht mal 100Ohm draus und schau, ob es was ändert.

Wilhelm D. schrieb:
> Prinzipiell frage ich mich jedoch, ob man das Ganze als Ladungs-,
> Transimpedanzverstärker rechnen muss. Da erhält man unterschiedliche
> Ergebnisse, da einmal der Widerstand, andererseits die Kapazität in der
> Rückkopplung eine Rolle spielt...

Solange der Verstärker dafür sorgt, dass die Spannung am Piezo gleich 
Null bleibt, würde ich ihn als Ladungsverstärker betrachten. Ob er das 
allerdings bei allen relevanten Frequenzen macht, bin ich (auch in 
Anbetracht deines 1MOhm-Vorwiderstands) auch nicht so sicher.

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Ein Oszilloskop. Ich habe jedoch einen 22 Ohm Widerstand zwischen
> Ausgang und Rückkopplungswiderstand gesetzt, um dessen Kapazität (das 2
> Meter Koax-Kabel) zu vermeiden.

Hoppla, man muss genau lesen: ich würde den Isolierwiderstand (bei dir 
22Ohm, mein Vorschlag 100Ohm) unbedingt erst hinter die Rückkopplung 
setzen, nicht zwischen OPV-Ausgang und Rückkopplung. Das ergibt zwar 
einen Tiefpass mit dem Kabel, dessen Grenzfrequenz liegt aber so hoch, 
dass es dich nicht juckt.

Ein einfacher Isolierwiderstand noch vor der Rückkoppelschleife macht 
die Auswirkung der kapazitiven Belastung eher kritischer als besser.

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Wilhelm D. schrieb:
> Nein. Die Störung ist auch ohne den Quarz vorhanden. Momentan lasse ich
> den Eingang offen. Aber das Einbringen des Quarzes ändert daran nicht
> viel.

Hmm schwierig ... Dein Schwingquarz hat wohl einen ähnlich hohen 
Widerstand, als hättest du einen offenen Eingang?

Vmtl bleibt dir nur, das ganze Gebilde in einen Faradayischen Käfig 
einzubauen^^

Batteriebetrieben ist es ja eh, wenn ich das richtig gelesen habe.

von Wilhelm D. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> ich würde den Isolierwiderstand (bei dir
> 22Ohm, mein Vorschlag 100Ohm) unbedingt erst hinter die Rückkopplung
> setzen, nicht zwischen OPV-Ausgang und Rückkopplung.

Bringt nichts.

Könnte man auch den Rückkopplungswiderstand weglassen und nur einen 
Kondensator nehmen? Dann dahinter einen Bandpass auf 32 kHz mit 100 Hz 
Breite und alles ist gelöst?

von Ei der Daus (Gast)


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Wo ist eigentlich das Foto von dieser Bastelei?

von Wilhelm D. (Gast)


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Ei der Daus schrieb:
> Wo ist eigentlich das Foto von dieser Bastelei?

Es ist grad alles von mir zerlegt. Ich lade eines hoch, wenn es wieder 
zusammengebaut ist.

Übrigens in:
http://www.ti.com/lit/an/sloa033a/sloa033a.pdf

wird in 3.2 suggeriert, dass die Rückkopplung eine untere Grenzfrequenz 
erzeugt. Ist das nicht genau andersherum?

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Dies wird in der Praxis immer gemacht, möchte ich jedoch vermeiden.
> Schließlich soll ich die gesamte Elektronik selbst bauen.

Tja: es wird schon seine Gründe haben, warum das bei anderen "immer 
gemacht" wird. Phasenselektive Gleichrichter kann man übrigens auch 
selbst bauen (und damit einen einfachen Lock-In realisieren). Wenn dich 
die Ausuferungen des Threads nicht abschrecken, kannst du hier 
Beitrag "Re: Rauschfilterung mit dem Instrumentationsverstärker" entsprechende 
Hinweise finden.

Wilhelm D. schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> ich würde den Isolierwiderstand (bei dir
>> 22Ohm, mein Vorschlag 100Ohm) unbedingt erst hinter die Rückkopplung
>> setzen, nicht zwischen OPV-Ausgang und Rückkopplung.
>
> Bringt nichts.

Du hast es ausprobiert und es hat sich nichts geändert? Amplitude und 
Frequenz der Störung blieben gleich?

Ok, dann würde ich als nächstes ausprobieren ob die Frequenz der Störung 
auf deutliche Änderungen deiner Schaltungsdimensionierung reagiert (z.B. 
10pF statt 1pF in der Rückkopplung). Verschiebt sich die Frequenz der 
Störung um einen ordentlichen Faktor?

Falls ja, musst du weiter an der Schaltungsdimensionierung arbeiten.
Falls nein, fängst du dir wohl immer noch eine externe Störung ein. Dann 
entweder die Störquelle finden und abstellen, oder bessere 
Gegenmaßnahmen einsetzen (Schirmung, verdrillte Leitungsführung, ... je 
nach Quelle der Störung und Art der Einkopplung).

Alternative: mit der Störung leben und durch einen Lock-In am Ausgang 
des Verstärkers loswerden.

Wilhelm D. schrieb:
> wird in 3.2 suggeriert, dass die Rückkopplung eine untere Grenzfrequenz
> erzeugt. Ist das nicht genau andersherum?

Wenn es ein Spannungsverstärker wäre, wäre es tatsächlich andersherum. 
Dessen Normalbetrieb besteht darin, dass der wesentliche Rückkoppelstrom 
über den Widerstand Rf fließt (nicht über Cf). Ab der Grenzfrequenz 
übernimmt dann der Kondensator Cf den wesentlichen Strom und die 
Verstärkung sinkt. Die Verstärkung ergibt sich dafür aus Rf/Ri, das 
Eingangssignal ist die Spannung der Quelle.

Der Ladungsverstärker funktioniert anders. Für den darfst du in 
idealisierte Betrachtung erst mal Ri = 0 annehmen, ein 
Spannngsverstärkungsfaktor (wenn du den Verstärker aus einer 
niederohmigen Spannungsquelle speist) wäre also unendlich bzw. 
undefiniert.

Der Ladungsverstärker funktioniert erst als solcher, wenn der 
wesentliche Strom über Cf fließt (nicht über Rf). Die Verstärkung hat 
dann den Wert  1/Cf (ergibt eine ziemlich ungewohnte Einheit für die 
Verstärkung). Bei niedrigeren Frequenzen ist das nicht der Fall: da 
geschieht die wesentliche Rückkopplung über Rf und der Eingangsstrom 
wird nicht aufintegriert, um die gewünschte Größe (Ladung) zu ergeben.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Wilhelm D. schrieb:
> wird in 3.2 suggeriert, dass die Rückkopplung eine untere Grenzfrequenz
> erzeugt. Ist das nicht genau andersherum?

Das ist tatsächlich falsch in dem von dir zitierten Artikel. Richtig 
ist, die obere Grenzfrequenz wird durch die Rückkopplung bestimmt (fl in 
figure 3 ist also fh und fh ist fl)

von reihaus (Gast)


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Der Texas Artikel ist richtig.
Ladungsverstärker ( Ladungs-Spannungswandler) haben keine 
"Gleichladungsvestärkung"

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Davon spricht auch keiner. Die Zuordnung der beiden Gleichungen zum 
Bode-Diagramm ist vertauscht.

von Wilhelm D. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Wenn dich
> die Ausuferungen des Threads nicht abschrecken, kannst du hier
> Beitrag "Re: Rauschfilterung mit dem Instrumentationsverstärker"
> entsprechende
> Hinweise finden.

Vielen Dank für den Link. Ich werde mich mal bzgl. Lock-in informieren.

Achim S. schrieb:
> Verschiebt sich die Frequenz der
> Störung um einen ordentlichen Faktor?

Ja und zwar sehr. Ich habe jetzt mal 470 kOhm und 100 pF und die 
Schwingung beträgt 150 mVpp bei 7 MHz!! Übrigens mit oder ohne perfekter 
Abschirmung. Daran kann es also nicht liegen.

Übrigens verschwindet die Schwingung, wenn ich ein Koaxkabel von ca. 2 m 
Länge am Eingang anschließe. Die Rückkopplung wirkt übrigens wie ein 
Tiefpass und nicht wie ein Hochpass, die Beschriftung ist also wirklich 
falsch.

Mit einem Bandpass am Ausgang, der auf 32 kHz abgestimmt ist, werde ich 
das Signal übrigens los. Der Bandpass schwingt jedoch auch auf 2.5 
kHz.... Also lieber weg damit und nen fetten Tiefpass rein, der sollte 
doch alles über 30 kHz wegglätten...

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Ja und zwar sehr. Ich habe jetzt mal 470 kOhm und 100 pF und die
> Schwingung beträgt 150 mVpp bei 7 MHz!!

Du änderst den Widerstand um einen Faktor 10 und den Kondensator um 
einen Faktor 100. Damit hat du gleich völlig andere Bedingungen und ggf. 
ganz neue Probleme. Mach das nicht.

Ändere nur kontrolliert einen Parameter, so dass du noch das selbe 
System bei ähnlichen Bedingungen vor dir hast. Also z.B. den wie 
vorgeschlagen den Rückkoppelkondensator von (sehr geringen) 1pF auf ein 
Vielfaches (10pF). Was tut sich dann?

Wilhelm D. schrieb:
> Mit einem Bandpass am Ausgang, der auf 32 kHz abgestimmt ist, werde ich
> das Signal übrigens los. Der Bandpass schwingt jedoch auch auf 2.5
> kHz.... Also lieber weg damit und nen fetten Tiefpass rein, der sollte
> doch alles über 30 kHz wegglätten...

Sorry, aber das klingt nach: "ich kann den Murks in der ersten Schaltung 
nicht finden, als hänge ich eine murksige zwei Schaltung dran, und deren 
Murkseffekt nehme ich mit einem Tiefpass raus". Kann schon sein, dass es 
fuktioniert, aber ich würde es nicht empfehlen.

Joe G. schrieb:
> Die Zuordnung der beiden Gleichungen zum
> Bode-Diagramm ist vertauscht.

nein, sie ist richtig.

Wilhelm D. schrieb:
> Die Rückkopplung wirkt übrigens wie ein
> Tiefpass und nicht wie ein Hochpass, die Beschriftung ist also wirklich
> falsch.

nein, sie ist richtig.

Wenn man Spannungsverstärker und Transimpedanzverstärker gewohnt ist, 
fällt das Umdenken schwer. Aber das ist ein Ladungsverstärker, die 
Eingangsgröße ist weder Spannung noch Strom sondern Ladung (also das 
Integral über den Eingangsstrom). Und dafür ergibt sich genau die Kurve, 
die TI in Abbildung 3.2 zeigt mit genau der Beschriftung die TI zeigt. 
Nix vertauscht, alles korrekt.

von Wilhelm D. (Gast)


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Vielen Dank Achim S. für Deine Hilfe.

Der Bandpass ist nun abgetrennt und radikal abgesägt.

Ich denke, ich habe die Lösung zum ursprünglichen Problem gefunden.

Wie auch immer das Skop das schafft, es erzeugt einen großen Anteil der 
Schwingungen. Diese werden nämlich spürbar stärker, je näher man zum 
Oszilloskop kommt.

Bei 10 pF und 4.7 MOhm in der Rückkopplung wird die Schwingung 
akzeptabel klein, wenn man zusätzlich das Ganze in eine Metallbox packt.

Das verbliebene Rauschen hat 2 mVpp, wenn der Quarz noch nicht 
angebracht ist. Damit kann ich leben.

von reihaus (Gast)


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Wilhelm D. schrieb.
Wie auch immer das Skop das schafft, es erzeugt einen großen Anteil der
Schwingungen. Diese werden nämlich spürbar stärker, je näher man zum
Oszilloskop kommt.

beiden meisten Oszilloskopen ist es der TFT Bildschirm.
Halt deine Schaltung mal direkt davor.

von Wilhelm D. (Gast)


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Ok, alle Verstärkerprobleme sind nun behoben. Fährt man die Kapazitäten 
und die Widerstände durch, so ergibt sich die 1/C Verstärkung und die 
Hochpassfunktion für den Widerstand! Top!

Nur frage ich mich noch, wo eigentlich die Schwingungsenergie im Quarz 
landet. Man hat mechanische Energie 1/2kx^2, aber ist die elektrische 
Energie, die ja gleich groß sein muss, Q^2/(2C) mit C von der Kapazität 
im Serienschaltkreis oder muss C die parallele Kapazität der Elektroden 
sein?

Ersatzschaltbild im Anhang.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Du hast genau zwei Energieanteile vergessen. Die Feder (Elastizität des 
Quarzes) besitzt potentielle Energie, die schwingende Masse kinetische 
Energie, die Kapazität elektrische Energie und die Induktivität 
magnetische Energie. Alle vier Energieanteile stehen im Gleichgewicht.

von Wilhelm D. (Gast)


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In dem Moment, wo die Amplitude maximal ist, liegt nur eine Spannung an 
und der Strom und die kinetische Energie sind null. Deshalb bin ich mir 
sicher, dass man den Rest weglassen kann.

von Christian (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> Vielen Dank Achim S. für Deine Hilfe.
>
> Der Bandpass ist nun abgetrennt und radikal abgesägt.
>
> Ich denke, ich habe die Lösung zum ursprünglichen Problem gefunden.
>
> Wie auch immer das Skop das schafft, es erzeugt einen großen Anteil der
> Schwingungen. Diese werden nämlich spürbar stärker, je näher man zum
> Oszilloskop kommt.

Tektronix? ;-)

Ich hatte in meiner Diplomarbeit mal ein ähnliches Problem.

Empfindliche Messschaltung. Niederfrequentes Signal amplitudenmoduliert 
hochfrequenten Träger. Soweit so gut. Ab und zu kamen relativ 
niederfrequent Störungen auf dem Oszi an. Ursache unklar. Bis ich dann 
irgendwann am Schaltungsausgang einen Lautsprecher angeschlossen hatte 
und bei jedem (niederfrequenten) Bilddurchlauf/Trigger hat es synchron 
hierzu geknackt.. Auch hier schien der Bildschirm so seinen Anteil am 
Störspektrum zu liefern.. War eine sehr interessante Fehlersuche.. ;-)

Grüße
Christian

von Achim S. (Gast)


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Wilhelm D. schrieb:
> In dem Moment, wo die Amplitude maximal ist, liegt nur eine Spannung an
> und der Strom und die kinetische Energie sind null.

Wenn das Ersatzschaltbild für dein System nur ein einzelnes "C" wäre, 
würde ich dir zustimmen.

Mit dem komplexeren ESB, das du betrachtest, stimmt das nicht mehr. Wie 
viel Strom bei "maximaler Auslenkung" grade durch Lind fließt, um die 
Spannung zwischen C und Cp auszugleichen, hängt von den konreten Werten 
des Netzwerks ab.

von Wilhelm D. (Gast)


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Christian schrieb:
> Tektronix? ;-)

Haha, ja genau. :)

Achim S. schrieb:
> Mit dem komplexeren ESB, das du betrachtest, stimmt das nicht mehr.

Schade... Dann muss man wohl auf Messwerte zurückgreifen. Ich dachte, 
man könnte die erzeugte Ladung irgendwie ohne Piezoelektrizität 
abschätzen.

von Klaus R. (klara)


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Wilhelm D. schrieb:
> Ist dies sinnvoll oder kann mir jemand einen besseren Rat geben?

Ja, der LT1028 wird von Linear Technology geliefert. Die bieten sogar 
kostenlos LTspice an und das Modell zum LT1028 sogar ebenfalls kostenlos 
dazu. Ich würde die Schaltung damit mal untersuchen.
mfg klaus

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