Tiefpassfilter erster Ordnung

[Bea F. (Gast)]

Hallo zusammen,
aktuelle Situtation :
ich möchte gerne eine Filter für mein Rechtecksignal benutzten. Dieser 
Filter soll eine Störung glätten. Das filtrierte Signal soll dann auch 
verstärkt werden.

Ich habe ein Tiefpassfilter erster Ordnung benutzt. Zuerst habe ich eine 
Verstärkung von 1 gebastelt. Nur um zuschauen was für ein OUTPUT Signal 
von OPV rauskommt.

Ich habe ein Spannung bei off 16 mV und bei ON 29mV --> was am RC liegt
Durch den Filter habe ich bei OPV 1OUT eine Signal bei OFF bei 76mV und 
ON 83,2mV

Meine Frage ist warum sich das Spannung nach oben verschoben?

[Wilfried W Wurstbrot (Gast)]

Weil die Verstärkung nicht 1 ist.

[Bea F. (Gast)]

Wilfried W Wurstbrot schrieb:
> Weil die Verstärkung nicht 1 ist.

Kannst du es mir bitte erklären
ich habe ein nicht-invertierenden Verstärker verwendet

[Bartosz B. (bartosz)]

Bea F. schrieb:

> Meine Frage ist warum sich das Spannung nach oben verschoben?

Ist deine Frage, warum aus dem Rechtecksignal ein Dreiecksignal wird, 
das nur im positiven Bereich ist?

[Bea F. (Gast)]

Bartosz B. schrieb:
> Ist deine Frage, warum aus dem Rechtecksignal ein Dreiecksignal wird,
> das nur im positiven Bereich ist?

Nein, warum sich das Signal nach oben Vorschoben hat. obwohl ich eine 
Verstärkung von 1 habe.

Ich habe es in LTspice mal simuliert, dass eigentlich sollte es sich 
nicht nach oben verschieben.

Hat das was mit den ausgewählten OPV zutun?

[Klaus R. (klara)]

Wilfried W Wurstbrot schrieb:
> Weil die Verstärkung nicht 1 ist.

Was denn sonst?

Erst einmal die Frage, welche Versorgungsspannung liegt an?
Wie gross ist R2?

Wenn Du Gleichspannungen exakt verstärken möchtest, dann sollte man auch 
eine symmetrische Versorgung mit z.B. +5V und -5V vorsehen. Ist aber 
hier in Deinem ersten Test nicht nötig.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tle2142.pdf

Laut Datenblatt steht:
"Inputs  can operate between VCC− −0.3 to VCC+ −1.8 V". Demnach müßten 
für den OPV, auch wenn VCC- auf Masse liegt, noch -0,3 V zulässig sein.

"The all-npn output stage providesa nearly rail-to-rail output swing of 
VCC− −0.1 to VCC+ −1 V under light current-loading  conditions."
Auch der Output müßte bei asymmerischer Versorgung in diesen niedrigen 
Spannungsbereichen noch vernünftig arbeiten.

Der Offset liegt bei 150µV. Kann man in diesem Fall auch vergessen.

Dann stellt sich die Frage: wie hast Du die Spannungen gemessen?
Hast Du auf einem Steckbrett getestet? Die haben gerne mal schlechte 
Kontakte.

Wie gesagt, dieser OPV sollte so eigentlich korrekt arbeiten.
mfg Klaus

[Klaus R. (klara)]

Bea F. schrieb:
> Ich habe es in LTspice mal simuliert, dass eigentlich sollte es sich
> nicht nach oben verschieben.

Oh! Dann stelle bitte das ASC-File hier herein. So kann man gleich mehr 
sehen.
mfg Klaus

[Bea F. (Gast)]

Klaus R. schrieb:
> Erst einmal die Frage, welche Versorgungsspannung liegt an?
> Wie gross ist R2?

Durch ein Generator gebe ich die Versorgungsspannung an. Es liegt ein 
Rechteckimpuls mit high level 0,034 V und Low level bei 0,02 V an.

R2 = 100 k Ohm
C11 = 100 nF

Die Schaltung habe ich an einer Leiterplatte gelötet.

[Kastanie (Gast)]

Laut Datenblatt ist VOL typ. GND+75mV bei 150µA Last (Seite 10 Mitte).

Bei offenem Ausgang fehlt die Angabe - aber ganz auf GND kommt der eben 
nicht.

Außer der OPV ist bipolar versorgt. Dann ist das nicht der Grund.

[Bea F. (Gast)]

ich habe mal ein Oszi Bild angehängt. Vielleicht kann man mein Problem 
besser nachvollziehen ?
Das Signal mit der Störung kommt vom Generator. Und das grüne Signal ist 
das Output vom OPV.
Und hier aus irgendeinem Grund kann man sehen dass das Signal sich nach 
höhere Spannung aufweist.?

[Kastanie (Gast)]

Bea F. schrieb:
> Und hier aus irgendeinem Grund kann man sehen dass das Signal sich nach
> höhere Spannung aufweist.?

Verorgst du nun den OPV bipolar oder nur unipolar?
Falls letzteres, dann mach das mal bipolar und du wirst vermutlich das 
gewünschte Ergebnis bekommen.

[Helmut S. (helmuts)]

Wenn man wie hier nur Masse und +5V als Versorgung hat, dann ist es kein 
Wunder, dass man am Ausgang in der Nähe von 0V nichts vernünftiges 
herausbekommt.

[M.A. S. (mse2)]

Bea F. schrieb:
> Durch ein Generator gebe ich die Versorgungsspannung an. Es liegt ein
> Rechteckimpuls mit high level 0,034 V und Low level bei 0,02 V an.

Du wurdest nach der VERSORGUNGSspannung gefragt.
Was Du da oben angibst, lies sich eher nach der EINGANGSspannung.

[Bea F. (Gast)]

Kastanie schrieb:
> Verorgst du nun den OPV bipolar oder nur unipolar?

Den Versorgung des OPVs liegt bei 18V

[Bea F. (Gast)]

M.A. S. schrieb:
> Was Du da oben angibst, lies sich eher nach der EINGANGSspannung.

Achso ja das ist die Eingangsspannung
Sorry

[Bea F. (Gast)]

Bea F. schrieb:
> Den Versorgung des OPVs liegt bei 18V

Also Vcc+ 18 V
vcc- GND

[Detlef _. (detlef_a)]

Dem OP fehlt die negative Versorgungsspannung. Vcc- liegt an GND, geht, 
aber nicht so.

Cheers
Detlef

[M.A. S. (mse2)]

Nun bitte noch dies beachten:

Bea F. schrieb:
> Ich habe es in LTspice mal simuliert, ...

Klaus R. schrieb:
> Oh! Dann stelle bitte das ASC-File hier herein. So kann man gleich mehr
> sehen.




Wenn Du in Zukunft eine Frage stellst, wieso nicht einfach gleich alle 
relevanten Fakten posten, statt etliche Gegenfragen abzuwarten?

Ein vollständiger Schaltplan und wenn Du schon simuliert hast, das 
asc-File wären schon schön gewesen.  ;)

[Dieter (Gast)]

Du hast das Signal von der Quelle und das Signal am OP-Ausgang gemessen.

Dann messe das Signal am Kondensator (nach dem Widerstand 100). Dann 
läßt sich die Ursache erst besser einkreisen.

[Bea F. (Gast)]

Dieter schrieb:
> Dann messe das Signal am Kondensator (nach dem Widerstand 100). Dann
> läßt sich die Ursache erst besser einkreisen.

Das Signal am Kondensator liegt ca. so groß wie mein OPV Output. Also 
kann man daraus schließen das der Widerstand die Erhöhung der Spannung 
verursacht. Warum?

[Achim S. (Gast)]

Bea F. schrieb:
> R2 = 100 k Ohm
> C11 = 100 nF

Warum zeichnest du im Schaltplan andere Werte als du tatsächlich 
verwendest?

Im Vorgängerthread hattest du noch von einer erlaubten Flankensteilheit 
von 100µs gesprochen (später von 1ms).
Beitrag "RC Filter zu langsam"
Inzwischen bist du bei einer Anstiegszeit von >20ms angelangt.

Dass die evtl. eine negative Versorgung brauchst, wurde schon mehrfach 
angemerkt.

Ansonsten bewirkt der input-bias Strom deines OPV (ca. 1µA) an den 
100kOhm von R2 eine Spannungsverschiebung von rund 100mV - kommt also 
gut mit deiner Beobachtung hin.

Bea F. schrieb:
> Also
> kann man daraus schließen das der Widerstand die Erhöhung der Spannung
> verursacht. Warum?

Genau. Der Parameter im Datenblatt heißt input bias current.

[Dieter (Gast)]

In dem Widerstand ist anscheinend eine Diode versteckt. Vermutlich ein 
Spionagebauteil mit Energieharvesting erwischt, oder nicht?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Achim S. schrieb:
> Ansonsten bewirkt der input-bias Strom deines OPV (ca. 1µA) an den
> 100kOhm von R2 eine Spannungsverschiebung von rund 100mV - kommt also
> gut mit deiner Beobachtung hin.

Sehr richtig. Der Bias-Strom kann aber leicht mit einem gleichgroßen
Widerstand vor dem invertierenden Eingang (1IN-) kompensiert werden.

Also: Eine negative Versorgungsspannung  an VCC- und der zusätzliche
Widerstand werden die Ergebnisse sehr viel besser aussehen lassen.

[Bea F. (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Ansonsten bewirkt der input-bias Strom deines OPV (ca. 1µA) an den
> 100kOhm von R2 eine Spannungsverschiebung von rund 100mV - kommt also
> gut mit deiner Beobachtung hin.

Okay, vielen Dank für die Hilfe
An euch allen

[Bea F. (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> Der Bias-Strom kann aber leicht mit einem gleichgroßen
> Widerstand vor dem invertierenden Eingang (1IN-) kompensiert werden.

ich werde es versuchen. Danke

[Dieter (Gast)]

Hier steht auch, wie der Offset ohne extra Offsetpins am OP abgeglichen 
werden kann:
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm

[Klaus R. (klara)]

Klaus R. schrieb:
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tle2142.pdf
>
> Laut Datenblatt steht:
> "Inputs  can operate between VCC− −0.3 to VCC+ −1.8 V". Demnach müßten
> für den OPV, auch wenn VCC- auf Masse liegt, noch -0,3 V zulässig sein.
>
> "The all-npn output stage providesa nearly rail-to-rail output swing of
> VCC− −0.1 to VCC+ −1 V under light current-loading  conditions."
> Auch der Output müßte bei asymmerischer Versorgung in diesen niedrigen
> Spannungsbereichen noch vernünftig arbeiten.

Kastanie schrieb:
> Laut Datenblatt ist VOL typ. GND+75mV bei 150µA Last (Seite 10 Mitte).
>
> Bei offenem Ausgang fehlt die Angabe - aber ganz auf GND kommt der eben
> nicht.

Kastanie hat es richtig erkannt. In der Tat stehen auf Seite 10 die 
Daten des OPV für eine einfache Spannungsversorung mit +5V und GND. Das 
hatte ich in all den Varianten zwar gesucht, aber übersehen.

Im Datenblatt steht: "Inputs  can operate between VCC− −0.3 to VCC+ −1.8 
V".

Damit ist aber nicht der Sonderfall VCC- = GND (Masse) gemeint!
(0V -0,3V) sind eben -0,3V, aber das gilt offensichtlich nur für (VCC- 
kleiner 0V).
Ist VCC- = 0V, dann gilt mathematisch: VCC- +0,3V = +0,3V.

Kurz gesagt, bei

VCC- = 0V und VCC+ = 5V
arbeiten die Inputs im Bereich
ab +0,3V bis 3,2V

oder bei

VCC- = 0V und VCC+ = 18V
arbeiten die Inputs im Bereich
ab +0,3V bis 16,2V

Deswegen sagte ich zu Beginn als Warnhinweis:

Klaus R. schrieb:
> Wenn Du Gleichspannungen exakt verstärken möchtest, dann sollte man auch
> eine symmetrische Versorgung mit z.B. +5V und -5V vorsehen.

Ansonsten muß man mit einer sogenannten virtuellen Masse arbeiten um 
Verzerrungen oder andere Schmutzeffekte zu vermeiden. Also in der 
Simulation bitte sofort immer mit z.B. +5V und -5V oder es wird unnötig 
kompliziert.

Klaus R. schrieb:
> Bea F. schrieb:
>> Ich habe es in LTspice mal simuliert, dass eigentlich sollte es sich
>> nicht nach oben verschieben.
>
> Oh! Dann stelle bitte das ASC-File hier herein. So kann man gleich mehr
> sehen.

Die Simulationsdatei mit Endung ASC wäre trotzdem noch interessant. Den 
TLE2142 kennt LTspice nicht. Du musst da wohl das Modell von TI 
verwendet haben. Und dies ist auch noch in LTspice einzubinden.

Also bitte mal <DATEI>.ASC hier im Forum anhängen und ggf. das Modell 
für den TLE2142.
mfg klaus

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Klaus R. schrieb:
> Im Datenblatt steht: "Inputs  can operate between VCC− −0.3 to VCC+ −1.8
> V".
>
> ...
>
> Kurz gesagt, bei
>
> VCC- = 0V und VCC+ = 5V
> arbeiten die Inputs im Bereich
> ab +0,3V bis 3,2V

Nein, das Datenblatt meint es schon so, wie es geschrieben steht.

Für VCC− = 0 ist VCC− −0.3 = −0.3V. Die Eingangsspannung darf also
leicht unterhalb des negativen Rails liegen. Erst wenn sie noch weiter
in den negativen Bereich fällt, so dass die CB-Stecke des zuständigen
Eingangstransistors leitend wird, reagiert der Opamp mit Phase-Reversal,
was man natürlich vermeiden möchte.

Nur nützt dieser ins Negative erweiterte Eingangsspannungsbereich im
konkreten Fall nichts, da der Ausgang immer ein Stückchen oberhalb des
negativen Rails bleibt. Um die gewünschten 0V am Ausgang zu erreichen,
kommt also nicht umhin, das negative Rail in den negativen Bereich zu
verschieben.

[Udo K. (Gast)]

Hänge einen Widerstand vom Ausgang des Opamp nach GND,
damit kannst du dem Opamp etwas unter die Arme greifen,
damit er auf GND runterkommt.

1k - 5 k sollten OK sein.

[Klaus R. (klara)]

Yalu X. schrieb:
>> Kurz gesagt, bei
>>
>> VCC- = 0V und VCC+ = 5V
>> arbeiten die Inputs im Bereich
>> ab +0,3V bis 3,2V
>
> Nein, das Datenblatt meint es schon so, wie es geschrieben steht.
>
> Für VCC− = 0 ist VCC− −0.3 = −0.3V. Die Eingangsspannung darf also
> leicht unterhalb des negativen Rails liegen.

Das wäre ja gut, für den Input. Nur mathematisch betrachtet wäre
Vcc- = -1V dann -1V -0,3V = -0,7V

Deswegen habe ich mich am Datenblatt orientiert. Für den Output gilt:
Seite 10, Low-level output voltage @ IOL = 1,5mA typisch 150mV

"The all-npn output stage providesa nearly rail-to-rail output swing of
VCC− −0.1 to VCC+ −1 V under light current-loading  conditions."

Dann wäre (VCC− −0.1) = +100mV

Das ist echt verrückt. Und den Simulationsmodellen kann man in dieser 
Beziehung auch nicht zu 100% trauen.

Um all diesen Unsicherheiten aus dem Wege zu gehen verwendet man einfach 
eine symmetrische Versorgung. Hat man die nicht in der Realität, dann 
muß man eine virtuellen Masse verwenden. Nur dann wird eben eine 
Gleichspannungsverstärkung eine interessante Rechenaufgabe, die gerne in 
Prüfungsaufgaben gestellt wird.
mfg Klaus

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Klaus R. schrieb:
> "The all-npn output stage providesa nearly rail-to-rail output swing of
> VCC− −0.1 to VCC+ −1 V under light current-loading  conditions."

Das scheint ein Druckfehler zu sein und sollte wohl

VCC− +0.1 to VCC+ −1 V 
     ^

heißen. Nur dann passt dieser Satz zu den Tabelleneinträgen.

[Udo K. (Gast)]

Das ist schon richtig so im Datenblatt angegeben,
und hat nichts mit der üblichen Mathematik zu tun.

Da ist der Abstand zu der Versorgung gemeint.
Wenn der Abstand negativ ist, dann darf der Eingang
auch ausserhalb der Versorgung liegen.

[Achim S. (Gast)]

Udo K. schrieb:
> Wenn der Abstand negativ ist, dann darf der Eingang
> auch ausserhalb der Versorgung liegen

bei der Spezifikation der Eingänge ist alles okay. Der Druckfehler ist 
bei der Angabe zu den Ausgängen - die können sicher nicht jenseits der 
rails treiben.

[Udo K. (Gast)]

Auch bei der Spezifikation der Ausgänge ist alles OK.

Jedenfalls bei dem Datenblatt aus dem Link weiter oben,
das ich mir angeschaut habe.

Aber egal, so wichtig ist das glaube ich nicht.

[Achim S. (Gast)]

Udo K. schrieb:
> Auch bei der Spezifikation der Ausgänge ist alles OK.

Bei den Specs ja, bei der Übersichtsbeschreibung auf der Frontseite 
nein.

"Inputs  canoperate between VCC− −0.3 to VCC +− 1.8 V without inducing 
phase reversal"

Die Angabe bedeutet, dass die Eingänge bis 300mV unter VCC- gehen können 
(also bis -300mV wenn VCC- auf GND liegt). Das ist korrekt und stimmt 
mit der Angabe bei den Specs überein.


"The all-npn output stage providesa nearly rail-to-rail output swing of 
VCC− −0.1 to VCC +− 1 V under light current-loading  conditions."

Diese Angabe würde nach der gleichen Logik bedeuten, dass die Ausgänge 
bis 100mV unterhalb VCC- treiben können - also bis -100mV, wenn VCC- auf 
GND liegt. Das ist eindeutig nicht der Fall ist und im Widerspruch zu 
der Spezifikationsseite.

Wie Yalu oben beschrieben hat passt alles, wenn man den Druckfehler 
korrigiert.

Yalu X. schrieb:
> Das scheint ein Druckfehler zu sein und sollte wohl
> VCC− +0.1 to VCC+ −1 V

[Rainer V. (a_zip)]

Schon im Bildchen des Ausgangspost ist zu sehen, dass der TO den OP ohne 
negative Versorgungsspannung betreibt. Und damit hat er eben, selbst bei 
den R-T-R-Typen, keine "Null" am Ausgang. Damit ist doch alles gesagt! 
Ob der geringe Offset in der Folgeschaltung nun stört oder nicht oder ob 
man ihn wie klein kriegen müßte, dass er nicht mehr stört, weiss allein 
der TO :-)
Gruß Rainer

[Wolfgang (Gast)]

Wilfried W Wurstbrot schrieb:
> Weil die Verstärkung nicht 1 ist.

Auf die Erklärung bin ich gespannt, besonders bei niedrigen Frequenzen.

[Slow Joe from the Backrow (Gast)]

Bastel doch eine Ladungspumpe 
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Invertierte_Spannungsvervielfachung

Da kannste auch schon mal die Rippel filtern.

Und danach haste deine negative Versorgungsspannung für deinen OPV.

[Udo K. (Gast)]

Wolfgang schrieb:
> Wilfried W Wurstbrot schrieb:
>> Weil die Verstärkung nicht 1 ist.
>
> Auf die Erklärung bin ich gespannt, besonders bei niedrigen Frequenzen.

Natürlich ist die Verstärkung kleiner eins.

Wer rechnen kann, ist klar im Vorteil :-)