Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sinussignal mit OPV resultiert in Gleichspannung?!


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von Simon H. (lprulzcrossover)


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Hallo zusammen,

vorweg: Ich habe sehr wenig Erfahrung mit dem Aufbau von Schaltungen, 
also setzt mir bitte keine großen Kenntnisse voraus. :)

Ich habe den DDS AD9850 am Raspberry Pi 3 mit 3.3 V angeschlossen. Am 
Oszilloskop sehe ich, dass das generierte Signal (mit bspw. 5 kHz) 
zwischen 0.1 - 0.7 V liegt (siehe Bild ausgang_dds, dort sind es 200 
kHz, aber mit 5 kHz ist es genauso).
Nun wollte ich das Signal verstärken und habe mir dazu den OPV OP07CP 
hergenommen. Um erst einmal zu schauen, ob das Sinussignal überhaupt 
durchkommt, habe ich zunächst nur eine Spannungsfolger-Schaltung 
aufgebaut. Eigentlich habe ich erwartet, am Ausgang des OPVs das gleiche 
Sinussignal wie am Eingang zu sehen, jedoch liegt am Ausgang laut 
Oszilloskop eine Spannung von etwa 4 V an (siehe Bild ausgang_opv).

Zur Verkabelung des OPV:
VCC+ an 5 V
VCC- an Masse
IN+ am Ausgang des DDS
IN- am Ausgang des OPV
OFFSET N1 und N2 nicht belegt

Hat von euch jemand eine Idee, was ich falsch mache? Vielleicht ist es 
ja ganz offensichtlich, ich kenne mich nur nicht gut in diesem Bereich 
aus.

Danke :)

von Joe F. (easylife)


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In+ und In- verwechselt?

von Der Andere (Gast)


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Simon H. schrieb:
> Zur Verkabelung des OPV:
> VCC+ an 5 V
> VCC- an Masse
> IN+ am Ausgang des DDS
> IN- am Ausgang des OPV
> OFFSET N1 und N2 nicht belegt

Schaltplan!

Mit den Versorgungsleitungen!

von Der Andere (Gast)


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Simon H. schrieb:
> OPV OP07CP

Und du hast nachgeschaut daß dieser OP mit single Supply 3,3V 
funktioniert?
Oder wie wird der versorgt?

Womit wir wieder beim

vollständigen Schaltplan

sind.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Der Andere schrieb:
> daß dieser OP mit single Supply 3,3V funktioniert?
Mitnichten tut er das. Bei unipolarer Versorgung mit 5V werden sämtliche 
relevante Paramter am Eingang und am Ausgang verletzt.

Simon H. schrieb:
> habe mir dazu den OPV OP07CP hergenommen.
Nimm einen OP, der am Eingang und am Ausgang Rail-to-Rail tauglich und 
für unipolare Versorgung mit 3V3 spezifiziert ist.

: Bearbeitet durch Moderator
von Der Andere (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Mitnichten tut er das. Bei unipolarer Versorgung mit 5V werden sämtliche
> relevante Paramter am Eingang und am Ausgang verletzt.

Was denkst du warum ich das als Frage geschrieben habe?

Lothar M. schrieb:
> Nimm einen OP, der am Eingang und am Ausgang Rail-to-Rail tauglich und
> für unipolare Versorgung mit 3V3 spezifiziert ist.

Weisst du wie er den OP versorgt? Ich nicht denn ich habe noch keinen 
Schaltplan gesehen, vieleicht hat er ja ein getrenntes symmetrisches 
Netzteil.

Ohne Schaltplan ist es ziemlich sinnlos darüber zu diskutieren und zu 
spekulieren.

von Joe F. (easylife)


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Simon H. schrieb:
> Zur Verkabelung des OPV:
> VCC+ an 5 V

Liegt aber trotzdem noch unter den +/-3V min. supply voltage aus dem 
Datenblatt.

: Bearbeitet durch User
von Simon H. (lprulzcrossover)


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Lothar M. schrieb:
> Bei unipolarer Versorgung mit 5V werden sämtliche
> relevante Paramter am Eingang und am Ausgang verletzt.

Puh, das wusste ich nicht. VCC+ ist an einem 5 V Pin des Pis 
angeschlossen. So kann ich diesen OPV also nicht mit dem Pi benutzen?

> Nimm einen OP, der am Eingang und am Ausgang Rail-to-Rail tauglich und
> für unipolare Versorgung mit 3V3 spezifiziert ist.

Danke für den Hinweis. :) Woran erkenne ich im Datenblatt eines solchen 
OPVs, dass er mit einer unipolaren Versorgung funktioniert? (Oder steht 
einfach unipolar dabei?^^)


Der Andere schrieb:
> Schaltplan!
Hoffe mal der reicht so...


Joe F. schrieb:
> Liegt aber trotzdem noch unter den +/-3V min. supply voltage aus dem
> Datenblatt.
Öhm... 5 V > 3 V, oder verstehe ich das Datenblatt falsch? Wie hoch 
müsste denn die supply voltage mindestens dann sein?

: Bearbeitet durch User
von Der Andere (Gast)


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Joe F. schrieb:
> Liegt aber trotzdem noch unter den +/-3V min. supply voltage aus dem
> Datenblatt.

Nicht nur das, hat er die Massen verbunden?
Hat er eine virtuelle Masse?
Hat das Signal einen DC Offset?
Welche Verstärkerschaltung benutzt er?
...

Wäre in einem Schaltplan auf den ersten Blick zu erkennen.
Oder wie Falk sagt: Suehe Netiquette

von Michael B. (laberkopp)


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Simon H. schrieb:
> Zur Verkabelung des OPV:
> VCC+ an 5 V
> VCC- an Masse

Vergiss es.


Der uralte OP07 kann nicht Signale von 0.1V bis 0.7V messen und 
ausgeben, wenn er als negative Versgingungsspannung nur 0V hat. Gönn ihm 
zumindest -5V.

Und weil du wohl bis +5V raus bekommen willst, versorge ihn mit 
zumindest +10V.


Oder nimm einen modernen Rail-To-Rail-OpAmp wie LMC6484 (der aber nicht 
so präzise wie der OP07 ist).

von Der Andere (Gast)


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Simon H. schrieb:
> Hoffe mal der reicht so...

Das gibt zumindest einen Hinweis, daß du noch viel lernen darfst. So 
einfach funktiniert das mit einem OP nicht.
Schau dir mal Grundlagen zu Operationsverstärkerschaltungen an. 
Stichwort "invertierender und nicht invertierender Verstärker."

Und tu dir einen Gefallen und mach die ersten Versuche mit einem 
symmetrisch versorgten OP z.b. über zwei 9V Blockbatterien, damit 
ersparst du dir erst mal viel Ärger.
Unipolar versorgte Op Schaltungen sind dann für den etwas 
fortgeschrittenen Bastler.

Siehe dazu auch:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm

von Joe F. (easylife)


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@Der Andere: Sach mal.
Wenn man Spaß daran hat, jemanden anzumotzen und absichtlich 
miszuverstehen -> herzlichen Glückwunsch.

All deine Fragen sind von TO beantwortet, bzw. ersichtlich

Der Andere schrieb:
> Hat er eine virtuelle Masse?

Braucht man nicht.
Wenn die Versorgungsspannung hoch genug ist, das Eingangs- und 
Ausgangssignal nicht negativ ist (also oberhalb des Offsets liegt), kann 
man jeden Op-Amp auch unipolar betreiben.

> Hat das Signal einen DC Offset?

Sieht man ganz klar auf dem Oszi: 122.5mV

> Welche Verstärkerschaltung benutzt er?

1:1, voltage-follower schrieb er ja ("IN- am Ausgang des OPV").

Simon H. schrieb:
>> Liegt aber trotzdem noch unter den +/-3V min. supply voltage aus dem
>> Datenblatt.
> Öhm... 5 V > 3 V, oder verstehe ich das Datenblatt falsch? Wie hoch
> müsste denn die supply voltage mindestens dann sein?

6V, da du ja keine -3V hast, sondern hier 0V anlegst.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Simon H. schrieb:

> Woran erkenne ich im Datenblatt eines solchen
> OPVs, dass er mit einer unipolaren Versorgung funktioniert? (Oder steht
> einfach unipolar dabei?^^)

Grundsätzlich kann praktisch jeder OPV unipolar versorgt werden.
Er hat ja auch normalerweise keinen Massepin. Wichtig ist nur
ein gewisser Mindestabstand des Eingangs- un des Ausgangssignals
zu den sog. Plus- und Minusschienen (=Versorgungsanschlüssen).
Dieser Abstand kann zwischen 0V und etwa 3V liegen und steht
grundsätzlich im Datenblatt von jedem Operationsverstärker.

von Sherlock (Gast)


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Simon H. schrieb:
> Woran erkenne ich im Datenblatt eines solchen
> OPVs, dass er mit einer unipolaren Versorgung funktioniert? (Oder steht
> einfach unipolar dabei?^^)

OPVs, die mit einer unipolaren Versorgung funktionieren, nennt man 
"single-supply".
Die können am Eingang Signale bis 0V (und ein bißchen darunter)
und am Ausgang bis fast 0V (bei geringer Belastung).

Als Beispiel für einen Single-Supply OPV hier mal der TLC 271:
Im Datenblatt des TLC 271 steht:
Single-Supply Operation.: 3 V to 16 V (bei 0°C to 70°C)

Beim OP07 hingegen steht. +/- 3V to +/- 18V
An der dualen Angabe erkennt man also schon, dass es kein 
single-supply-OPV ist.
Der braucht also mindestens 6V zwischen V+ und V- -Anschluß und darf bis 
zu 36V
Beim OP07 steht weiterhin:
Input voltage range +/- 13V minimum, +/- 14V typ.
Das bezieht sich auf eine Versorgung von +/- 15V (hatte sich als 
Standard mal eingebürgert)
Die Eingangsspannung muss also mindestens 1V höher sein als die V- 
-Versorgung,
schlimmstenfalls sogar 2V.
Und mindestens 1V, worst case sogar 2V niedriger als die V+ -Versorgung.

Was den Ausgang betrifft, steht beim OP07 unter Output Voltage Swing zB:
+/- 12V typ bei >= 1kOhm Lastwiderstand (auch wieder bei einer 
Versorgung von +/- 15V)
Also jeweils 3V Abstand bis zu den Versorgungs-Rails.
(Da kann man sich dann mal überlegen, was bei 6V Versorgung noch 
herauskommen kann.)


Beim TLC 271 steht (bei Vdd = 5V unipolarer Versorgung und 25°C) unter
Common mode input voltage range: -0,3 to 4,4V typ
Und der Ausgangsbereich:
High-level output voltage: 3,8V typ (bei 10kOhm Last)
und
Low-level output voltage: 0V typ (bei Iol =0, also keinerlei Belastung 
des Ausgangs (LOL))
Aus den Diagrammen kann man dann ersehen, daß bei 5mA Laststrom aus den 
tollen 0V mindestens 0,3V werden.
Naja.

Was Single-Supply-OPVs wie der TLC 271 nicht kann:
Eingangs- und Ausgangsseitig bis an die positive Versorgungs-Rail 
herankommen.

Das können die Rail-Rail oder Rail-to-Rail oder R2R-OPVs.

Wenn der OPV auch 200 kHz ausgeben können soll, muss er auch noch 
"schnell" sein.

Der TLC 271 schafft (bei Vdd = 5V und 25°C) 300kHz
(Diagramm: MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUT VOLTAGE vs FREQUENCY)

Der OP07 schafft bei Vs = +/- 15V und 25°C gerade mal 3kHz.
Ist halt ein Präzisions-Gleichspannungs-OPV.
(Diagramm: MAXIMUM OUTPUT SWING vs FREQUENCY)

Gesucht wird also ein "schneller" Single-Supply-OPV für 5V Versorgung 
und 0 bis 3,3V Input
oder ein "schneller" R2R-OPV für 3,3V Versorgung.

Denke auch dran, daß der Ausgang einen Gleichspannungsanteil enthält, 
der ggf. per Kondensator abgekoppelt werden muß.

von Simon H. (lprulzcrossover)


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Danke für die vielen informativen Antworten! :)

Ich versorge jetzt vorerst den OPV mit einer externen Stromquelle und 
symmetrisch zu 0 V, damit klappt es schon besser. Offenbar war die 
knappe Spannungsversorgung das Problem.

von M. K. (sylaina)


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Simon H. schrieb:
> Hat von euch jemand eine Idee, was ich falsch mache?

Gleich mehrere Dinge. Der OP07 braucht stets eine bipolare Versorgung, 
er ist, meine ich, nicht Single-Supply-fähig.
Dann hat er, meine ich, laut Datenblatt mindestens 2V Abstand zu seinen 
Rails, d.h. dein OPV ist in der Aussteuergrenze. Deshalb sieht das nach 
Gleichspannung aus. Dein OPV macht nur wegen seiner Versorgung einen 
Gleichspannung.
Ersetze doch den OP07 gegen einen OPA340 oder AD620. Die können 
Rail-2-Rail und Single Supply. Dann sollte es funktionieren.

Beitrag #5505098 wurde vom Autor gelöscht.

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