Hallo zusammen,
ich habe mir für ein kleines Physikprojekt einen Peak-Detector
zusammengebastelt, der mir die Vmax von meinem eingehenden Puls liefern
soll.
Das ganze habe ich mir zuerst auf einem Breadboard aufgebaut (Idee siehe
"plan.png"), mit Oszi kontrolliert, soweit so gut. Dann gleich weiter um
das ganze mit SMT Komponenten auf einer Platine zu verewigen. Den
Schaltplan habe ich eigentlich 1:1 übernommen, das einzig Neue sind die
SMT Widerstände, Kondensator und die Dual-Schottky-Diode (vorher zwei
BAT83), neuer Plan siehe "ausführung.png" (das Poti gab es am Breadboard
auch schon, dient nur zum Cap Reset).
Jetzt kommt leider auch schon das Problem. Ich habe das Ding gestern
zusammengebaut und ausprobiert, leider messe ich am Kondensator
konsistent deutlich mehr Spannung als am Input anliegt (siehe
"bild1.jpg"). Könnte vielleicht extremer Overshoot sein? Die Oszillation
oben ist nur da, weil der eine Probe Ground nicht angeschlossen war.
Will ich auch den Output nach dem zweiten OpAmp messen, bekomme ich das
Ergebnis in "bild2.jpg". CH1 ist die Output-V, CH2 die Cap-V.
Irgendetwas läuft hier komplett schief.
Ich habe jetzt schon viel zu lange (hoffentlich) alle offensichtlichen
Fehler ausschließen können, Oszi passt, Probes auch, Lötstellen passen
auch alle ( :-) )... Ist vielleicht der Feedback-Widerstand zu
groß/klein dimensioniert? Oder doch etwas mit den zwei Dioden? Oder hab
ich einfach keine Ahnung und es ist ganz was andres?
Ich bin inzwischen überfragt, es hat doch so gut am Breadboard
geklappt...
Dann stell mal an beiden Oszi-Kanälen die gleiche Spannung je Kästchen
ein.
Gemeint ist das zweite Bild.
Das beim 1. Bild könnte daher kommen, dass das Oszi die hohe Spitze von
dem Impuls nicht darstellen kann. So eine Zacke enthält sehr hohe
Frequenzen die vielleicht nicht durch den Tastkopf oder das
Oszi-Frontend kommen. Stell den Tastkopf auf jeden Fall auf 10:1.
Danke für deine Antwort. Sind beide schon auf 10:1 eingestellt und da er
den Einganspuls auch ohne Probleme anzeigt, denke ich eher nicht, dass
es daran liegt. Die hohen Frequenzen könnten natürlich auch ein Problem
sein. Deswegen wundert mich es umso mehr, dass das ganze am Breadboard
mit einem Haufen Jumper Kabeln funktioniert hat.
Wenn ich dieselben Skalierungen benutze, dann sieht man einfach von
Channel 1 nichts mehr (bild 2).
OK, kannst du das Bild 1 von deiner Breadboard Schaltung machen?
Und welche Bandbreite hat das Oszilloskop? Und welche Bandbreite haben
die Tastköpfe? Im Bild 1 sieht der Zacken oben sehr rund aus. Das ist
das was dein Tasktopf/Oszi daraus machen. In der Realität geht der
Zacken vermutlich deutlich weiter nach oben. Wenn man sich die Form so
denkt wie der ideale Zacken aussehen müsste, dann würde das von der Höhe
her gut mit der gelben Linie passen.
@Gustl
>Und welche Bandbreite hat das Oszilloskop?
100MHz
>Und welche Bandbreite haben die Tastköpfe?
200MHz
> Im Bild 1 sieht der Zacken oben sehr rund aus. Das ist> das was dein Tasktopf/Oszi daraus machen. In der Realität geht der> Zacken vermutlich deutlich weiter nach oben. Wenn man sich die Form so> denkt wie der ideale Zacken aussehen müsste, dann würde das von der Höhe> her gut mit der gelben Linie passen.
Darüber habe ich noch gar nicht nachgedacht, das kann natürlich echt
sein. Dann ist möglicherweise das Oszi zu langsam für die sehr steile
steigende Flanke, der OPV kommt aber eher mit. Würde auch erklären,
warum das am Breadboard funktioniert mit den ganzen Kabeln. Aber warum
klappt dann der zweite OPV-Output nicht so wie er soll...
> OK, kannst du das Bild 1 von deiner Breadboard Schaltung machen?
Siehe Anhang, hab das ganze ein wenig beschriftet. Ist sonst nichts
weiter aufregendes. Sorry für den Kabelsalat, habe die gleichen OPVs auf
kleinen Breakouts montiert. Hoffe man kann alles halbwegs erkennen.
Achso und hier nochmal das Bild2 mit derselben Skalierung, nachdem du
gestern gefragt hast; "bild3.jpg"
@2Cent
> Kannst du dem Ausgang des ersten OPVs (Pin1) mal testweise 100R in reihe> verpassen?
Seh ich das richtig, dass du das zw. OPV Ausgang und Ground meinst? Wenn
ja, dann wird der Puls nur ein wenig verzerrt.
Bild 1 sieht doch gut aus. Stelle Dir mal gedanklich vor, die Spitze
wäre wirklich spitz, nicht so abgerundet, wie es dein Oszilloskop
darstellt. Dann geht diese Spitze vielleicht genau so hoch, wie dein
Detektor anzeigt. Ich denke schon, dass das passt.
Dazu kommt noch, dass die Gegenkoppelung des linken Operationsverstärker
ein bisschen Zeit braucht. Er wird bei so einem steilen Eingangssignal
immer ein bisschen Überschwingen.
Nimm als Eingangssignal mal etwas natürlicheres. Musik, Sinus oder so.
Dann wird der Effekt nicht so stark ausfallen.
Wozu hast Du eigentlich den zweiten OPV drin? Doch sicherlich, damit der
Spannungsunterschied über der zweiten Diode zu 0 wird, um Restströme in
den C über diesen Weg zu vermeiden. Dann solltest du aber generell
konsequenter sein, und auch dafür sorgen, daß keine Dioden mit rel.
hohem Reststrom verwendet werden, wie Du es machst. Denn Schottkies
haben vergleichsweise hohe Restströme. Nimm also lieber sowas wie die
1N4148 oder so.
Und für einen Test könntest Du generell mal den R4 entfernen, um zu
sehen, ob diese "Mitkopplung" irgendwas schlechtes bezüglich Genauigkeit
bewirkt.
Ansonsten gilt natürlich auch das bisher gesagte, daß nämlich nur Dein
Oszi etwas zu träge ist, um die Spitze in voller Schönheit zeigen zu
können. Dann würde es mich aber wundern, warum das auf dem Breadboard
funktioniert haben soll.
Und ja, wie üblich - Abblock-Cs. Sehe ich weder im Schaltplan, noch bei
deinem fliegenden Aufbau (wobei man da sowieso wenig sieht).
> Wozu hast Du eigentlich den zweiten OPV drin?
Einerseits für die Diode wie du schon gesagt hast, aber viel wichtiger,
damit ich bei Messungen mit einem ADC den 2.2nF nicht (zu sehr)entlade.
> Nimm also lieber sowas wie die 1N4148 oder so.> Und für einen Test könntest Du generell mal den R4 entfernen, um zu> sehen, ob diese "Mitkopplung" irgendwas schlechtes bezüglich Genauigkeit> bewirkt.
Werde ich beides mal ausprobieren.
> Dann würde es mich aber wundern, warum das auf dem Breadboard> funktioniert haben soll.
Vielleicht, weil ich da eben andere Dioden verwendet habe?
Trotzdem komisch, dass ich dann nach dem zweiten OPV so ein kompletten
Müll rausbekomme...
2.2 nF sind schon recht viel Last für den OP. Da könnte es helfen wenn
etwa 50 Ohm oder so direkt in Reihe zum Kondensator sind. 50 Ohm in 2.2
nF sollten immer noch schnell genug sein.
Auf dem Streckbrett dürfte es ein langsamerer OP sein, der ggf. mehr
Kapazität am Ausgang verträgt.
Das kann st kein Peak Detektor!
Was möchtest Du denn genau machen?
Erster Tip
Wenn ein OPV, dann mit symmetrischer Spannungsversorgung
Zweiter Tip
... Kommt später
> Auf dem Streckbrett dürfte es ein langsamerer OP sein, der ggf. mehr> Kapazität am Ausgang verträgt.
Hab dafür extra genau denselben OPV genommen (OPA354). Den nur auf
kleine Platinen gelötet und wie auf den Bildern angeschlossen.
Hi,
die Bedingung, dass beim nichtinvertierenden OPV die Spannungsquelle am
Eingang nicht oder nur schwach belastet wird, ist ja erfüllt.
Sonst hättest Du die Widerstände noch berechnen müssen.
Das war nämlich mein erster Gedanke:
Verfälschung durch Belastung der Spannungsquelle.
Diese Sache gilt doch 100%-ig nur bei:
Oh weh... schrieb:> Wenn ein OPV, dann mit symmetrischer Spannungsversorgung
Oder mit den expliziten Typen.
ciao
gustav
Ok Leute, danke vielmals für die zahlreichen Antworten die ihr hier
schon geschrieben habt.
Ich habe grade nochmal im Zuge von ein paar Tests mit dem R4 alle
Lötstellen der OPVs nachgezogen und es stellt sich heraus, das es jetzt
funktioniert. Ich bekomme wie gewollt einen schönen Output nach OPV2.
Keine Ahnung warum, aber optisch hatte ich da nichts gesehen, naja.....
sorry.
Zusammen mit der Erklärung für die Abweichung von Eingangs-Signal im
Oszi und Peak-Detector Spannung sollte das ganze damit abgeschlossen
sein :)
Jakob K. schrieb:> @2Cent>>> Kannst du dem Ausgang des ersten OPVs (Pin1) mal testweise 100R in reihe>> verpassen?>> Seh ich das richtig, dass du das zw. OPV Ausgang und Ground meinst? Wenn> ja, dann wird der Puls nur ein wenig verzerrt.
Nope, 100R in Reihe direkt am Ausgang des OPVs, sonst nix ändern.
Klar: es geht um Totzeiten wegen brachialer Übersteuerung.
Jakob K. schrieb:> ...sollte das ganze damit abgeschlossen> sein :)
Hoffentlich! GL!
Nochmal eine kurze Rückfrage: Kann es sein, dass mir der OPV 2 über die
Rückkopplung R4 ein wenig übersteuert, und damit den Kondensator höher
lädt als gedacht? Oder kann man das normalerweise vernachlässigen?
Jakob K. schrieb:> Ok, und warum nicht?
Habe ich doch geschrieben! Weil der linke Operationsverstärker
überschwingt. Das kannst du gerne auch einen für 500 Euro nehmen, der
wird trotzdem überschwingen.
Ja schon klar, das mache ich ja sicher auch besser indem ich einen
Widerstand in Reihe zu den 2.2nF setze, oder nicht? Was kann man da
deiner Meinung nach besser machen, dafür frage ich ja. "Die Schaltung
ist Murks!" bringt halt niemanden weiter.
Jakob K. schrieb:> Ja schon klar, das mache ich ja sicher auch besser indem ich einen> Widerstand in Reihe zu den 2.2nF setze, oder nicht? Was kann man da> deiner Meinung nach besser machen, dafür frage ich ja. "Die Schaltung> ist Murks!" bringt halt niemanden weiter.
Ich weiß nicht wie man das sauber hinbekommt, da müsste ich
experimentieren.
Weil naturgemäß jeder OP-Amp bei solchen Eingangssignalen überschwingt.
Ich schätze, du musst die Bandbreite des Eingangssignals beschränken,
bzw den Verstärker träge machen. Dann tut er aber nicht mehr das, was du
haben willst.
Ein Widerstand (direkt am Kondensator) in Reihe zum Kondensator macht
die Sache schon besser: der OP sieht dann nicht mehr die ganze Kapazität
als Last. Als 2. Punkt lädt sich der Kondensator nicht mehr mit jeder
kleinen Spitze aus dem Überschwingen. Ggf. könnte man zusätzlich die
Bandbreite des Signals vorher etwas reduzieren.
Wenn es wirklich schnell sein muss, könnte man den Kondensator auch
deutlich kleiner wählen und wenn auch eine lange Haltezeit gewünscht ist
(wegen dem Widerstand nach Masse zum Entladen wohl eher nicht), könnte
man dann eine 2. ähnlich Stufe dahinter schalten, die dann langsamer
sein kann und einen größeren Kondensator nutzt. Mit 2 Stufen kommt die
1. Stufe in der Regel mit einer Diode aus, was die Neigung zum
Übersachschwingen etwas reduziert.
Unoch (Gast) schrieb:
>Noch einmal, das ist kein Peak Detektor!>Die Schaltung ist Murks!>Simuliere mal mit einem sinusfoermigen Eingangssignal.
Stefan ⛄ F. (stefanus) schrieb:
>Habe ich doch geschrieben! Weil der linke Operationsverstärker>überschwingt. Das kannst du gerne auch einen für 500 Euro nehmen, der>wird trotzdem überschwingen.
...
>Ich weiß nicht wie man das sauber hinbekommt, da müsste ich>experimentieren.>Weil naturgemäß jeder OP-Amp bei solchen Eingangssignalen überschwingt.>Ich schätze, du musst die Bandbreite des Eingangssignals beschränken,>bzw den Verstärker träge machen. Dann tut er aber nicht mehr das, was du>haben willst.
Das ist ja wieder toll. Den Leuten erzählen, das sei kein Peakdetektor,
aber selber keinen Dunst haben, wie man das denn alternativ machen soll.
Einfach pauschal erzählen, daß jeder OPV grundsätzlich überschwingt, ist
ja ziemlich primitiv.
Es macht sich natürlich immer ganz gut, für die andere Halbwelle auch
noch einen Gegenkopplungspfad vorzusehen, damit der OPV in der Zeit
nicht ständig am Anschlag ist. In Netzt findet man ja genug Beispiele
dafür.
Und ein kleiner Serien-R vorm C, damit der OPV keine direkte kapazitive
Last sieht (sonst Schwingneigung).
Jens G. schrieb:> Das ist ja wieder toll. Den Leuten erzählen, das sei kein Peakdetektor,
Das habe ich nicht behauptet, du verwechselst da zwei Personen.
> Einfach pauschal erzählen, daß jeder OPV grundsätzlich> überschwingt, ist ja ziemlich primitiv.
Aber es stimmt. Die Grundlagen der Physik sind größtenteils primitiv.
Helmut S. schrieb:> Hier gibt es ein paar Ideen zur Realisierung eines Peak-Detektors.>> https://www.analog.com/en/technical-articles/ltc6244-high-speed-peak-detector.html
Der Artikel ist mit Vorsicht zu sehen - vielfach ist das eher ein
Schritt zurück und keine Verbesserung. Das Signal erst einmal zu
verkleinern ist da noch eine zusätzliche Schnappsidee die nach hinten
los geht und die Schwächen noch verstärkt.
Für einen Peak-Detektor gibt es verschiedene Eigenschaften auf die es
ankommt. Je nach Anwendung sind die Prioritäten anders. D.h. es gibt es
nicht eine perfekte Schaltung, sondern je nach Anwendung verschiedene
Kompromisse.
Die open loop Variante aus dem Artikel ist ggf. schnell, aber nicht
präzise und hat ggf. auch viel Drift. Auch ist sie nicht präzise. Die
Größe des Kondensators ist ein Kompromiss zwischen Drift und
Geschwindigkeit.
Die klassische Variante ist eher etwas langsamer, aber dafür bei nicht
so schnellem Signal (so dass wenig Überschinger) dann auch sehr präzise
und kann je nach Diode auch wenig Drift haben. Oft ist es gut 2
verschiedene OPs zu nutzen mit dem schnelleren OP als 2. OP.
Mit 2 Dioden in Reihe, so wie am Anfang des Threads hat man weniger
Drift, aber dafür etwas mehr Probleme mit Überschwingen.
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plan.png
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