Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik low distortion Sinus Generator mit 4.5mA


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von Moritz S. (Gast)


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Hallo zusammen,

ich befasse mich momentan mit einem Sinus Oscillator, der bei max. 4.5mA 
und 23V einen Sinus 1 kHz generieren soll.Der Sinus sollte ein THD von 
-90 dB haben.

Wenn der Wien Robinson Oscillator an eine ideale Spannungsquelle 
angeschlossen wird, dann hat dieser ein THD von 0.006140% (-84.236632577 
dB). Ich habe das THD noch nicht mit dem LDO gemessen, aber das FFT 
Diagramm sah nicht viel versprechend aus.

Später soll der Sinusgenerator zum testen von IEPE Eingängen verwendet 
werden.

In der Schaltung, die ich hochgeladen habe, wird der generierte Sinus 
über einen Kondensator auf die Leitung OUT eingekoppelt.

Hat jemand von euch eine bessere Idee wie die Schaltung besser umgesetzt 
werden könnte? Oder Anmerkungen und Tipps?

Ich danke vielmals!

Beste Grüße
Moritz

von Germann P. (mattann)


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Ich habe etwas Ähnliches gebaut, für Tonbandgeräte Messungen. Vielleicht 
kannst du davon etwas benützen.
Gruß!

von A-Freak (Gast)


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Hallo Moritz

Als erstes würde ich dich bitten die Schaltung auch als Bild (z.B. PNG) 
hochzuladen. Ich bin alter Analogiker der keine Simulationsprogramme 
benutzt aber manche Schaltungsfehler direkt sehen kann.

Mit der Wien-Brücke bin ich persönlich kein Freund, habe aber mit TL074 
auf Lochraster ohne weiteres -80dBc erreicht, mir fällt jetzt gerade der 
Name der Schaltung nicht ein wo zwei Integratoren und ein Inverter im 
Ring geschaltet sind. Amplitudenbegrenzung waren 2 Dioden antiparalell.

Allerdings mögen diese OPs nur Lastwiderstände >10kOhm, darunter steigt 
der Klirr. Bessr noch einen NE5534 nachschalten oder was es heute an 
modernen OPs gibt.

Wichtig für eine saubere Schaltung ist daß du die Funktionen der 
Massefläche (statische Abschirmung und Entkopplung der Betriebsspannung) 
und Bezugspotential (da fliest kein Strom drüber) getrennt voneinander 
siehst.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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>Hat jemand von euch eine bessere Idee wie die Schaltung besser umgesetzt
>werden könnte? Oder Anmerkungen und Tipps?

Ich bin so altmodisch und bequem, daß ich die Schaltung leider nicht 
sehen kann.

#mfG

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


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Christian S. schrieb:
>>Hat jemand von euch eine bessere Idee wie die Schaltung besser umgesetzt
>>werden könnte? Oder Anmerkungen und Tipps?
>
> Ich bin so altmodisch und bequem, daß ich die Schaltung leider nicht
> sehen kann.

Dito. Dazu noch ist mir nicht mal ansatzweise klar, welche Angaben bzw. 
Anforderungen hier relevant sein sollen. Warum 23V? Warum 4.5mA? Und was 
zur Hölle ist ein "IEPE Eingang"?

Klirrfaktor ist eine Kenngröße. Aber 90dB (schlechter als 16 Bit) ist 
doch Pillepalle. Zumal bei einer festen Frequenz. Das kann man auch aus 
einem Dreieck tiefpaßfiltern. Was ist mit Amplitudenstabilität? Was mit 
Frequenzstabilität?

Beitrag #6281280 wurde vom Autor gelöscht.
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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https://www.mmf.de/iepe-standard.htm


Wer es nicht kennt, möge hier nachlesen, wozu das Sinussignal oder die 
Sinüsse dienen sollen.

mfG

von Lurchi (Gast)


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Mit nur 4.5 mA ist das nicht so ganz einfach, denn Klirrarme OPs 
brauchen schon einiges an Strom, i.A. ab etwa 2 mA. Der NE5534 kann 
alleine schon drüber liegen. Mit 23 V könnte man auch die Komische Idee 
kommen und daraus 2 mal 11.5 V zu machen, die dann 2 mal die 4.5 mA zur 
Verfügung hätten.

Ob Wienbrücke oder ein anderer RC Oszillator macht keinen so großen 
Unterschied. Die Version mit 2 Integratoren hat ggf. den Vorteil dass 
die OPs mit einer Seite an GND arbeiten, das reduziert die Verzerrungen 
der OPs etwas.

Mit modernen relativ sparsamen OPs sollte es mit einer Wienbrücke noch 
klappen, ggf. hat man auch noch Strom für eine Filterstufe über.

von Ralph B. (rberres)


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A-Freak schrieb:
> mir fällt jetzt gerade der
> Name der Schaltung nicht ein wo zwei Integratoren und ein Inverter im
> Ring geschaltet sind. Amplitudenbegrenzung waren 2 Dioden antiparalell.

nennt sich state variable Oszillator. Genau solch eine Schaltung 
befindet sich in dem Tektronix Einschub SG5010 Audiosozillator.

Der ereicht einen Oberwellenabstand von knapp 100db im Frequenzbereich 
zwischen 10Hz und 160KHz.

Der hat aber statt Begrenzungsdioden eine echte Amplitudenregelung drin.

Ralph Berres

von Moritz S. (Gast)


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Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!

Ich habe im Anhnag das gewünschte Bild hochgeladen.

Zunächst nochmal eine umfangreichere Erklärung:

Der Sinus Generator wird an einen zweipoligen IEPE Messaufnehmer 
angeschlossen. Kurze Zusammenfassung was IEPE ist, IEPE bedeutet 
"Integrated Electronics Piezo Electric" und ist ein Standard, der für 
zum Beispiel Piezo Elektronische Sensoren verwendet wird. Der IEPE 
Messaufnehmer versorgt den Sensor mit einer Spannungsquelle von 23V, 
welche auf 4.5 mA begrenzt ist.(Strombegenzung wird durch eine 
Strombegrenzungsdiode realisiert: CMJ4500)Der Piezo Elektronische Sensor 
Schwingt dann um eine Arbeitspunktspannung. Das Schwingen entkoppelt der 
Messaufnehmer mittels eines Kondensators und kann somit das Schwingen 
des Sensors messen.
Mein Oszillator soll einen Sinus mit möglichst geringen rauschen 
generieren, damit überprüft werden kann, ob der Messaufnehmer noch 
funktioniert. Da ist es auch egal ober der Sinus eine Frequenz von 1.1 
kHz oder 0.9 kHz hat oder ob die Amplitude bei 0.9V oder 1.1V liegt. 
Wichtig ist nur, dass die Schwinung einen möglichst geringen Anteil der 
harmonischen hat.

Was IEPE genau ist wird ganz gut hier erklärt:

Christian S. schrieb:
> https://www.mmf.de/iepe-standard.htm


A-Freak schrieb:
> Mit der Wien-Brücke bin ich persönlich kein Freund, habe aber mit TL074
> auf Lochraster ohne weiteres -80dBc erreicht, mir fällt jetzt gerade der
> Name der Schaltung nicht ein wo zwei Integratoren und ein Inverter im
> Ring geschaltet sind. Amplitudenbegrenzung waren 2 Dioden antiparalell.

Der Name der Schaltung ist mir auch nicht bekannt. Ich weiß aber, dass 
wenn man zwei Inverter verwendet und diese dann als Ringschaltet, einen 
rauscharmen Wien Oszillator hinbekommt. Allerdings braucht man dafür 
zwei OPS, welche zusammen mehr als 4.5mA verbrauchen. Im Beispiel weiter 
unten hat der Herr Janascard eine Photoresistor zur Amplitudensteuerung 
verwendet, dieser verbraucht allein schon bis zu 2 mA. Daher bin ich 
beim JFET geblieben.
Zum Beispiel hier:
http://www.janascard.cz/PDF/An%20ultra%20low%20distortion%20oscillator%20with%20THD%20below%20-140%20dB.pdf

Axel S. schrieb:
> Was ist mit Amplitudenstabilität? Was mit
> Frequenzstabilität?

Frequenzstabilität ist nicht so wichtig. Am wichtigsten ist nur das der 
Sinus möglichst rauscharm ist.

Lurchi schrieb:
> Mit 23 V könnte man auch die Komische Idee
> kommen und daraus 2 mal 11.5 V zu machen, die dann 2 mal die 4.5 mA zur
> Verfügung hätten.

Das klingt eigentlich nach einer guten Idee. Wie kann man das denn 
umsetzen? Das würde die Auswahl der OPs auch nochmal vergrößern, weil 
momentan müssen die Ops eine Spannung von mindestens 23 V abhaben 
könnnen.

Lurchi schrieb:
> Mit modernen relativ sparsamen OPs sollte es mit einer Wienbrücke noch
> klappen, ggf. hat man auch noch Strom für eine Filterstufe über.

Du meinst eine Filterstufe nach dem Oscillator, oder? Sollte der Sinus 
direkt nach dem Osscillator nicht rauscharm sein, sodass man da 
eigentlich keinen Filter benötigt?
Mein Problem ist auch, dass ich den Sinus wieder auf meine 
Versorgungsspannung einkoppeln muss. Das kannst du im Bild "LTC1144 
Voltage Doubler" sehen. Da ist SIN_OUT über einen Kondensator an OUT 
angeschlossen. Diesen eingekoppelten Sinus kann ich leider nur mit 
passiven Filtern rausfiltern.

Noch eine weitere Frage:

Momentan verwende ich einen LDO um ein zweites Spannungspotential 
herzustellen. Allerdings verbraucht dieser recht viel Strom. Ich habe 
den LDO deswegen auf 20V eingestellt, um die Verluste über den LDO 
möglichst gering zu halten. Die 20 V reichen auch volkommen aus, weil 
mein OP, bei einer Amplitude des Sinus von 1 V, nicht übersteuert. Daher 
habe ich kein Clipping. Ein Schaltgesteuerter DCDC kommt bei mir nicht 
infrage, weil dieser ein zu großes rauschen hätte. Hat jemand eine Idee 
was ich anstelle eines LDO noch nehmen könnte?

In dem Anhang "LTC1144 Voltage Doubler" habe ich ein zweites 
Spannungspotential durch ein "monolithic CMOS switched-capacitor voltage 
converter" erstellt. In der Schaltkonfiguration als Voltage Doubler, hat 
dieser recht effizient gearbeitet. Allerdings habe ich dann das Problem 
das ich einen OP finden müsste, der für 46 V ausgelegt ist. Das ist der 
OPA1611 leider nicht.
Mit dem OPA1611 habe ich bisher die besten Ergebnisse erziehlen können. 
Der braucht auch nur 3.6 mA, daher dachte ich eigenltich ich würde es 
mit diesem OP hinbekommen. Mit LDO bin ich allerdings schon an den 4.5 
mA dran, daher scheinen 3.6 mA wohl schon zu viel zu sein. Oder man 
findet einen LDO der weniger Strom verbraucht...

Ich hoffe ich konnte euch einigermaßen gut die Aufgabe näher bringen.

Beste Grüße
Moritz

von Klaus R. (klara)


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Moritz S. schrieb:
> Der Sinus sollte ein THD von
> -90 dB haben.
> ....
> Später soll der Sinusgenerator zum testen von IEPE Eingängen verwendet
> werden.

Welchen Klirrfaktor haben denn Deine Mikrofone?
mfg Klaus

von Moritz S. (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Welchen Klirrfaktor haben denn Deine Mikrofone?

Der Oszillator wird nicht an ein Mikrofon angeschlossen. Daher verstehe 
ich nicht die Frage. Was meinst du denn genau?

Beste Grüße
Moritz

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Moritz S. schrieb:
>> Welchen Klirrfaktor haben denn Deine Mikrofone?
>
> Der Oszillator wird nicht an ein Mikrofon angeschlossen. Daher verstehe
> ich nicht die Frage. Was meinst du denn genau?
Er glaubt, du hast nur ein Mikrofon, und wenn das schlechter als der 
Testgenerator ist - was wahrscheinlich ist -, brauchst du gar nicht erst 
einen entsprechenden Generator. Er weiß vielleicht nicht, dass beim 
Spezifizieren von Produkten im Datenblatt nicht stehen sollte: "Wenn du 
ein schlechtes Mikrofon hast, braucht dich der Klirrfaktor des 
Vorverstärkers gar nicht zu interessieren."

Ich habe deinen langen Beitrag nicht gelesen, aber unabhängig davon: Du 
testest doch Mikrofon-Eingänge. Die sind sehr empfindlich, sie kommen 
mit geringen Spannungen aus. Wenn du zwei oder 3 passive RC-Tiefpässe 
hinter den Oszillator schaltest (Fg ~500 Hz), sollten die Oberwellen 
ausreichend gedämpft sein und trotzdem bei Weitem genug Signal übrig 
bleiben. Bei einem aktiven Tiefpass erst recht.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Diese Variante von Mieslinger mit Allpässen hier enthält einen FET mit 
Regelverstärker.

http://home.kpn.nl/a.van.waarde/id20.htm

mfG

von Lurchi (Gast)


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Moritz S. schrieb:
> Lurchi schrieb:
>> Mit 23 V könnte man auch die Komische Idee
>> kommen und daraus 2 mal 11.5 V zu machen, die dann 2 mal die 4.5 mA zur
>> Verfügung hätten.
>
> Das klingt eigentlich nach einer guten Idee. Wie kann man das denn
> umsetzen?

Man könnte die OPs bei der Versorgung in Reihe Schalten, die Spannung 
per Zenerdiode begrenzen / regeln und den Gesamtsstrom etwa per JFET 
einstellen.
2x11.5 V wird man eher nicht bekommen, sondern eher 2 x 9-10V und 3-5 V 
für die Stromregelung. Die Stromregelung könnte auch dazu passen das 
Ausgangssignal auf die Versorgung zu modulieren. Dabei könnte es 
allerdings zu Verzerrungen kommen, weil auch der Strom des Oszillators 
eingeht.

Die Forderung nach wenig Harmonischen kann ich nicht so recht 
nachvollziehen. Für einen Funktionstest sollte das eher unkritisch sein 
- selbst wenn es 10% klirr wären sollte das nicht stören, eher wäre eine 
definierte Amplitude und Ausgangsimpedanz wichtig  .

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


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Moritz S. schrieb:
> Mein Oszillator soll einen Sinus mit möglichst geringen rauschen
> generieren, damit überprüft werden kann, ob der Messaufnehmer noch
> funktioniert.

Warum ist ein geringer Rauschanteil wichtig für die Überprüfung der 
Funktion des Meßaufnehmers? Überhaupt: "ob der Messaufnehmer noch 
funktioniert" - das ist ein weites Feld. Was genau soll man denn mit 
einem Signal überprüfen, von dem weder die Frequenz noch die Amplitude 
bekannt sind?

Rauschen ist bei einem Signalgenerator eher selten ein Problem. Man 
erzeugt das Signal ja bei hoher Amplitude. Das Rauschen des Verstärkers 
ist dann im Verhältnis gering. Und wenn man das Signal herunterteilt, 
dann teilt man das Rauschen mit. Bei einem Sinus mit fester Frequenz 
kann man außerdem mit wenig Aufwand nachfiltern.

> Da ist es auch egal ober der Sinus eine Frequenz von 1.1
> kHz oder 0.9 kHz hat oder ob die Amplitude bei 0.9V oder 1.1V liegt.

Sicher? Sollte die Amplitude nicht bei dem liegen, was ein Sensor 
erzeugt? Würde man für einen Funktionstest nicht auch Amplituden am 
oberen und unteren Ende der Spezifikation haben wollen? Dito Frequenzen?

> Wichtig ist nur, dass die Schwinung einen möglichst geringen Anteil der
> harmonischen hat.

Und jetzt geht es auf einmal wieder um den Klirrfaktor. Was denn nun: 
Rauschen oder Klirr? Oder beides? Und warum ist der Klirrfaktor wichtig? 
Ein Piezo-Sensor gibt doch auch kein Sinus-Signal raus.

von Moritz S. (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Rauschen ist bei einem Signalgenerator eher selten ein Problem. Man
> erzeugt das Signal ja bei hoher Amplitude. Das Rauschen des Verstärkers
> ist dann im Verhältnis gering. Und wenn man das Signal herunterteilt,
> dann teilt man das Rauschen mit. Bei einem Sinus mit fester Frequenz
> kann man außerdem mit wenig Aufwand nachfiltern.

Das stimmt Axel! Bei meinen Simulationen konnte ich auch vestellen, dass 
das Rauschen am Generator sehr gering ist. So lange das Rauschen nicht 
zu groß wird, brauche ich mir darum keine Sorgen zu machen.

Axel S. schrieb:
> Sicher? Sollte die Amplitude nicht bei dem liegen, was ein Sensor
> erzeugt? Würde man für einen Funktionstest nicht auch Amplituden am
> oberen und unteren Ende der Spezifikation haben wollen? Dito Frequenzen?

Ja, wenn möglich soll der Oszillator in der Frequenz und Amplitude 
einstellbar sein. Das lässt sich beim Wien Oszillator auch einfach 
umsetzen. Ich denke auch, dass es wichtig ist die exakte Frequenz des 
Generators zu wissen. Wenn der Messaufnehmer diese Frequenz darstellt, 
weiß man, dass dieser funktioniert. Dann ist es aber egal ob die 
Frequenz bei 1.1kHz oder genau bei 1 kHz liegt, wichtig ist nur, dass 
man die genaue Frequenz kennt. Das selbe gilt natürlich bei der 
Amplitude.

Axel S. schrieb:
> Und jetzt geht es auf einmal wieder um den Klirrfaktor. Was denn nun:
> Rauschen oder Klirr? Oder beides? Und warum ist der Klirrfaktor wichtig?
> Ein Piezo-Sensor gibt doch auch kein Sinus-Signal raus.

Ja beides ist wichtig.
"Ein Piezo-Sensor gibt doch auch kein Sinus-Signal raus." Das stimmt! 
Zum testen des Gerätes ist es einfacher einen Sinus zu messen, bei dem 
man weiß das dieser ein geringes THD hat. Ich denke mal das man dadurch 
einen Meßfehler leichter festellen kann. Denn wenn bei der Messung die 
Harmonischen herausstechen, weiß man, dass etwas nicht stimmt. Oder 
verstehe ich da etwas flasch? Leider habe ich noch keine Erfahrung in 
dem Gebiet sammeln können. Ich werde das aufjeden Fall mal abklären...

Ich habe im Anhang das FFT Diagram des Oszillators. Der Oszillator ist 
an +15V und -15V angeschlossen und ohne Strombegrenzung, sprich ideale 
Bedingungen. Der THD Wert liegt bei 0.009% (-81 dB)

Beste Grüße
Moritz

von Moritz S. (Gast)


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Moritz S. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Was ist mit Amplitudenstabilität? Was mit
>> Frequenzstabilität?
>
> Frequenzstabilität ist nicht so wichtig. Am wichtigsten ist nur das der
> Sinus möglichst rauscharm ist.

Diese Aussage war nicht ganz richtig. Der Sinus soll durchaus 
Frequenzstabil sein.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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>wenn möglich soll der Oszillator in der Frequenz und Amplitude einstellbar >sein. 
>Das lässt sich beim Wien Oszillator auch einfach umsetzen.


Genau das dachte ich auch immer. Einfach irgendein X-beliebiges 
Doppelpotentiometer eingesetzt und man kann mindestens 1:3 die Frequenz 
verstellen. Tja, aber in der Praxis stellt man fest, daß dabei die 
Amplitudenregelung ganz schön arbeiten muß. Warum? Weil das Doppelpoti 
gar keinen guten Gleichlauf hat und deshalb die Verstärkung ständig 
nachgeregelt werden muß, um die Schwingbedingung genau zu erreichen. 
Meine selbstgebauten Generatoren nach dem Mieslinger-Prinzip oder 
Wien-Brücke mit Glühlampe haben genau da ihre Schwäche. Bei so einem 
RC-Generator z.B. von Rohde und Schwarz dürfte an dieser Stelle eine 
Spezialanfertigung größerer Bauform mit besonders gutem Gleichlauf 
eingebaut sein. Wer dies heutzutage elektronisch einstellt, kann diese 
Schwierigkeit eventuell elegant umgehen.

mfG

: Bearbeitet durch User
von Egon D. (egon_d)


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Christian S. schrieb:

>>wenn möglich soll der Oszillator in der Frequenz und
>>Amplitude einstellbar sein. Das lässt sich beim Wien
>> Oszillator auch einfach umsetzen.
>
> Genau das dachte ich auch immer. Einfach irgendein
> X-beliebiges Doppelpotentiometer eingesetzt und man
> kann mindestens 1:3 die Frequenz verstellen. Tja, aber
> in der Praxis stellt man fest, [...]

... dass gute Geräte einen Doppel- DREKO verwenden, so
z.B. im GF21 von Präcitronik (vormals Clamann&Grahnert).

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Piezolautsprecher sind bekannt für relativ hohe Klirrfaktoren. Es würde 
mich wundern, wenn ein Piezoaufnehmer sich anders verhalten würde.
Überprüf erstmal das, bevor du mit überzogenen Vorstellungen hier 
rangehst.


Warum muß die Versorgungsleitung moduliert werden? Willst du ein Gerät 
bauen, was in die Leitung zum Meßaufnehmer eingeschleift wird?

Stromverbrauch: Warum nicht eine Batterie für ein Meßgerät, was nur kurz 
zeitweise betrieben wird?

von Audiomann (Gast)


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Moritz S. schrieb:
> ich befasse mich momentan mit einem Sinus Oscillator, der bei max. 4.5mA
> und 23V einen Sinus 1 kHz generieren soll.Der Sinus sollte ein THD von
> -90 dB haben.

Das kann jede Soundkarte. Brauchst nur einen Stromgenerator mit 
entsprechender Regelung der Stromschwankungen bei Last.

von Miwi (Gast)


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Abdul K. schrieb:
> Piezolautsprecher sind bekannt für relativ hohe Klirrfaktoren. Es
> würde
> mich wundern, wenn ein Piezoaufnehmer sich anders verhalten würde.
> Überprüf erstmal das, bevor du mit überzogenen Vorstellungen hier
> rangehst.
>
> Warum muß die Versorgungsleitung moduliert werden? Willst du ein Gerät
> bauen, was in die Leitung zum Meßaufnehmer eingeschleift wird?
>
> Stromverbrauch: Warum nicht eine Batterie für ein Meßgerät, was nur kurz
> zeitweise betrieben wird?

Manchmal muß man alles doppelt sagen damit es auch die Nachteulen 
mitbekommen:
https://www.mmf.de/iepe-standard.htm

von Moritz S. (Gast)


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Zunächst einmal vielen Dank für die vielen Antworten!


Update:

Ich habe es mit dem TPS7A4901 geschafft auch mit der 
Strombegrenzungsdiode Den OPA1611 zu versorgen. Das FFT Diagramm des 
Sinus habe ich in den Anhang geladen. Die Schwinung hat einen THD von 
0,0286% (-70,871 dB). Damit bin ich einigermaßen zufrieden.

Der Stromverbrauch liegt jetzt bei 3,858mA, im Eingeschwungenen Zustand 
und einer Amplitude von 2,4 V.


Jetzt muss ich nur den Sinus auf die Versorgunsleitung einkoppeln. Um 
den eingekoppellten Sinus wieder herrauszufiltern, werde ich einen 
passiven Filter verwenden. Bin mir aber noch nicht sicher welchen Filter 
ich verwenden werde. Wahrescheinlich einen RLC Butterworth Filter 2. 
Ordnung. Habt ihr eine andere Idee?

Beste Grüße
Moritz

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


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Der Thread ergibt sowas von keinen Sinn. EOD

von Bernd (Gast)


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Moritz S. schrieb:
> Die Schwinung hat einen THD von
> 0,0286% (-70,871 dB). Damit bin ich einigermaßen zufrieden.
Das ist eine Simulation und damit graue Theorie...


> Der Stromverbrauch liegt jetzt bei 3,858mA, im Eingeschwungenen Zustand
> und einer Amplitude von 2,4 V.
Warum gibst Du die Amplitude nicht auch mit 4 Nachkommastellen an?

Bau das Ding mal real auf und messe die relevanten Parameter nach!

von Rainer V. (a_zip)


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Axel S. schrieb:
> Der Thread ergibt sowas von keinen Sinn. EOD

...agree...

von Michael M. (michaelm)


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Moritz S. schrieb:
> 
http://www.janascard.cz/PDF/An%20ultra%20low%20distortion%20oscillator%20with%20THD%20below%20-140%20dB.pdf

Warum verwendest du in der Wien-Brücke R / R/2 + C / 2C anstelle von
R / R + C / C ?

Irgendwo in der Literatur habe ich gelesen, dass die Rs und Cs unbedingt 
gleiche Werte haben sollten (möglichst ausmessen)!?

In dem speziellen Design mit zwei Invertern (Link s.o.) ist das wohl ein 
anderes Paar Schuhe.
Du hast aber in deinen Design nur einen einfachen n.i. Verstärker... ^^

Werner Schnorrenberg (DC4KU) erreicht seinen Angaben zufolge übrigens 
>=90dBc mit Standard-Bauteilen und einer Glühlampenregelung... ;-)

: Bearbeitet durch User
von Rainer V. (a_zip)


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Michael M. schrieb:
> Moritz S. schrieb:
>>
> 
http://www.janascard.cz/PDF/An%20ultra%20low%20distortion%20oscillator%20with%20THD%20below%20-140%20dB.pdf

...und schau dir mal genau die Diagramme an! -140dB bei -60dB oder gar 
-85dB bei -142dB...das macht über den Daumen -60/80dB. Und die LME sind 
obsolet und müßten durch teure OP's ersetzt werden. Auch die TL in der 
Amplitudenregelung sind Mist! Es bleibt bei "macht keinen Sinn"
Gruß Rainer

von Robert M. (r0bm)


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Rainer V. schrieb:
> ...und schau dir mal genau die Diagramme an! -140dB bei -60dB oder gar
> -85dB bei -142dB...das macht über den Daumen -60/80dB.

...nach dem Twin-T Notch-Filter.

von Michael M. (michaelm)


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@ Rainer, Robert

Mal sehen, was Robert selbst dazu sagen kann...

von Michael M. (michaelm)


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Ich meine natürlich Moritz, sorry

von Rainer V. (a_zip)


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Letztendlich wird der TO die Schaltung aufbauen und messen müssen! Dann 
gibt es die Möglichkeit e i n e Schaltung zu verbessern oder andere 
Topologien zu versuchen. Und -120dB simulieren und messen sind zwei sehr 
verschiedene Paar Schuhe :-) Mit einem einfachen 
Wien-Robinson-Oszillator schafft man jedenfalls keine -100dB, schon gar 
nicht durchstimmbar! Wie gesagt, Versuch macht kluch...
Gruß Rainer

von Michael M. (michaelm)


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@ Moritz (wenn er denn mal Zeit hat, sich zu äußern)

Noch etwas fällt auf bzw. erschließt sich mir nicht:

1.
Die Wien-Robinson-Brücke hat m.W. eine Dämpfung von k = 1/3, die mit v=3 
auszugleichen ist. Dein Verstärker gibt jedoch nur eine Verstärkung von

v = R4/R5 + 1 = ca. 2 her.

Der simulierter Oszillator wird also nie richtig anschwingen. ^^

WAS hast du da simuliert? Das Eigen-Rauschen der Brücke samt OPV?

2.
Vee vom OPV ist auf GND-Potential, die Rück- und 
Gegenkopplungs-Netzwerke jedoch auf V- ?? Ich hätte es andersherum 
erwartet.

3. Deinen ausgewählten OPV gibt's m.E. nur im "Doppelpack", wobei jeder 
der beiden eine Ruhestromaufnahme von typ. 3,6mA hat. Das sind dann 
schon mal 7,2mA anstatt <<4,5mA in Ruhe....

von Rainer V. (a_zip)


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Michael M. schrieb:
> 4,5mA in Ruhe

Ich denke, die Stromaufnahme kann man ruhig erst mal weglassen! Ist 
sicher einer der letzten Parameter, an die man rangeht!! Aber der TO 
sollte sich wieder äußern...
Gruß Rainer

von Michael M. (michaelm)


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Moritz scheint wohl abgetaucht zu sein. :(( Schade; wir werden dann wohl 
nicht erfahren, was er simuliert hat.

von Moritz (Gast)


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Servus Michael,
habe die Schaltung in einer ähnlichen Form zum laufen bekommen.
zu deiner ersten Frage:

Ein Osszillator benötigt zwei Bedingung:
1. Der Oszillator braucht zu beginn eine Versträkung größer als 1.
2. Durch eine nichtlinearität (Amplitudenregelung) stellt sich die 
Verstärkung auf eins ein und sollte in dem Fall auch keine 
Phasenverschiebung vorhanden sein. (Barkhausen Kriterium)

Bei meinem oben gezeigten Bild wird das Barkhausen Kriterium 
eingehalten. Wenn du dir den RC-Rückkopplungspfad genauer anschaust, 
kannst du erkennen dass nur eine Verstärkung von 2 benötigt wird. In 
einem Paper hatte ich gelesen dass dadurch weniger rauschen und 
geringere verzerrungen auftreten sollen. Letzendlich habe ich mich 
allerdings dagegen entschieden, weil es in der Praxis einfacher ist die 
selben Werte zu verwenden.

2. Frage:
Die Versorgung des OPs ist funktioniert einwandfrei. Es handelt sich 
dabei um eine Single Supply Versorgung. Einige OPs können sowohl mit 
einer bidirektionale Spannungsquelle versorgt werden, als auch im Single 
Supply betrieben werden. Schau mal ins Datenblatt von dem OP.

3. Frage:
Das ist nicht richtig! Es gibt diesen OP sehr wohl einzelnd zu kaufen.

von Rainer V. (a_zip)


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Hallo, das du etwas ans Laufen bekommen hast, will ich nicht bestreiten. 
Aber...
auch ohne 4,5mA...Wenn du mit V=2 eine Schwingung bekommst, dann hast du 
ganz sicher parasitären Blödsinn in deiner Schaltung! Du brauchst 
definitiv eine Verstärkung von 3 um die Verluste des Filters 
auszugleichen. Und eine saubere Amplitudenregelung! Hast du denn mal 
gemessen, was dein Sinus "bringt"??? THD und THD+Noise? Oder bist du 
damit zufrieden, dass was "rauskommt" (wie schon Helmut K. so schön 
formulierte) Ich frage deshalb, weil meine eigenen Simulationen eher 
schlecht bleiben und reale Messungen sind noch schlechter. Ein wirklich 
guter Sinusgenerator ist eben kein "Breadboard-Projekt" :-)
Gruß Rainer

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Bernd schrieb:
> Moritz S. schrieb:
>> Die Schwinung hat einen THD von
>> 0,0286% (-70,871 dB).
>
>> Der Stromverbrauch liegt jetzt bei 3,858mA, im Eingeschwungenen Zustand
>> und einer Amplitude von 2,4 V.
> Warum gibst Du die Amplitude nicht auch mit 4 Nachkommastellen an?

Die Angabe von -70,871 dB ist natürlich "gewagt". In der Praxis würde 
man angeben "-70,9 dB" und auch das wäre schon wenig konservativ.

In der Praxis (Steckbrett) könnte man dann -65 .. -75 dB messen und 
sollte froh sein, auf diesen Wert zu kommen.

> Damit bin ich einigermaßen zufrieden.
Wenn das in der Praxis herauskommt, sollte man schon SEHR zufrieden 
sein!

Theorie (Simulation) vs. Praxis (Steckbrett)!

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Moritz (Gast) schrieb:

>2. Frage:
>Die Versorgung des OPs ist funktioniert einwandfrei. Es handelt sich
>dabei um eine Single Supply Versorgung. Einige OPs können sowohl mit
>einer bidirektionale Spannungsquelle versorgt werden, als auch im Single
>Supply betrieben werden. Schau mal ins Datenblatt von dem OP.

Das (beides) kann jeder 0815-OPV, wie auch bessere OPVs.

: Bearbeitet durch User
von Rainer V. (a_zip)


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Mohandes H. schrieb:
> In der Praxis (Steckbrett) könnte man dann -65 .. -75 dB messen und
> sollte froh sein, auf diesen Wert zu kommen.

Ganz sicher! Aber der TO hat sich wohl verabschiedet...
Gruß Rainer

von Michael M. (michaelm)


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Durch Zufall sehe ich das Thema wieder (nach 2 Monaten)...

Moritz schrieb:
> habe die Schaltung in einer ähnlichen Form zum laufen bekommen.
Ich staune !!

> Bei meinem oben gezeigten Bild wird das Barkhausen Kriterium
> eingehalten.
Ich zweifle...
EIne Wienbrücke schwingt nur mit v>=3 an. Das gibt (zumindest) dein 
Schaltbild nicht her. Ob du im praktischen Aufbau exakt die gleichen 
Verhältnisse (= Schaltbild) vorliegen hast, kann ich nicht sagen (da wir 
kein Fernsehen haben).

> Die Versorgung des OPs ist funktioniert einwandfrei. Es handelt sich
> dabei um eine Single Supply Versorgung.
Genau da liegt einer der Hunde begraben. Dein Schaltbild zeigt -100% 
sicher- jedenfalls eine duale Versorgung, nämlich V-, Gnd und V+ aus dem 
xxx4901 kommend.

Wie wär's: Vielleicht klärst du das mal....? ;-)

> Das ist nicht richtig! Es gibt diesen OP sehr wohl einzelnd zu kaufen.
Von mir aus gerne... Ich werde dem jetzt nicht nachgehen. :-)

Michael

von Rainer V. (a_zip)


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Bin jetzt mal pessimistisch...wir hören vom TO nie wieder was...
Gruß Rainer
Dabei ist es doch mehr als interessant, einen "guten" Sinusgenerator 
aufzubauen. Aber sowohl die guten Ansätze, wie auch die schlechteren 
lösen sich in Luft auf. Ist es denn immer noch so ein großes 
Geheimnis???
Bin echt gefrustet (falls das gesagt werden darf...)
Gruß Rainer

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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> 3. Deinen ausgewählten OPV gibt's m.E. nur im "Doppelpack" ...

Moritz schrieb:
> 3. Frage:
> Das ist nicht richtig! Es gibt diesen OP sehr wohl einzelnd zu kaufen.

Tja, Dual-OP oder kann man nur 2 davon kaufen ;-)

> Die Versorgung des OPs ist funktioniert einwandfrei. Es handelt sich dabei um
> eine Single Supply Versorgung. Einige OPs können sowohl mit einer
> bidirektionale Spannungsquelle versorgt werden, als auch im
> Single Supply betrieben werden.

Bei so einem Hinweis glaube ich es auch nicht, daß der TO seinen 
Generator so oder "in ähnlicher Form" zum Laufen gebracht hat.

> Genau da liegt einer der Hunde begraben.

Da sind mehrere begraben ...

: Bearbeitet durch User
von Henrik V. (henrik_v)


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Zum Testem von IEPE- Signalkonditionierern braucht es dann erstmal eine 
Schaltung, die mit dem eingeprägten Konstantstrom zurecht kommt ohne zu 
Verzerren. Es sein denn, es werden nur Geräte mit abschaltbarer 
Stromquelle getestet.
Setzen wir mal eine Messtechnik vorraus, die >100db linear ist, dann 
würde ich es mit einer Soundkarte (AWG) mit Verstärker, IEPE-Simulation 
und Vorverzerrung versuchen.
Soein Aufbau könnte dann auch weitere Parameter des DUT messen.

Jim Williams von linear (jetzt AD) hat kurz von seinem Tod noch an 
klirrarmen Sinusgeneratoren gearbeitet. Um die Güte des Sinus zu messen 
braucht's einen noch besseren Sinus :)  Maßstab ist wohl immer noch 
AudioPrecision ;). Die APnotes sind eine gute Quelle.

Da weiter oben die Linearität von Piezosensoren angezweifelt wurde: Gute 
Quarz-Beschleunigungssensoren (z.B. der Sorte Endevco Type 2270) können 
über 8 Dekaden linear sein.. drüber und drunter wird es dann schwer zu 
messen(reproduzierbarer Anregung, Rauschen, ..)  :) BTDT.

Gruß Henrik

von Michael M. (michaelm)


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Henrik V. schrieb:
> Zum Testem von IEPE- Signalkonditionierern braucht es dann erstmal eine
> Schaltung,.....
.... die auch schulmäßig und ordentlich funktioniert. ^^

Es geht doch erst einmal darum, die grundlegenden Fehler
a) in der "Simulation"
b) im realen Schaltungsaufbau
zu (erkennen) und beseitigen, BEVOR man sich um Klirrfaktoren und/oder 
Reinheit des erzeugten Signal unterhält.

Ich hatte bereits hier die Simulation angezweifelt:

Michael M. schrieb:
> Dein Verstärker gibt jedoch nur eine Verstärkung von
> v = R4/R5 + 1 = ca. 2 her.
> Der simulierter Oszillator wird also nie richtig anschwingen. ^^
>
> WAS hast du da simuliert? Das Eigen-Rauschen der Brücke samt OPV?

Nun behauptet der Themenersteller in seinem letzten Beitrag 
Beitrag "Re: low distortion Sinus Generator mit 4.5mA" ,
er hätte eine >einfache< Sp.-Versorgung für den OPV, was jedoch gemäß 
seinem Schaltbild absolut nicht nachzuvollziehen und unrichtig ist.
ES kann nur so sein, dass das präsentierte Schaltbild und der uns 
unbekannte Probeaufbau (vermutlich deutlich) voneinander abweichen.
Wenn das alles geklärt und richtiggestellt ist, sehen wir weiter.. ;-)

Außerdem ist ein Sinusgenerator der besseren Klasse schon eine 
Herausforderung, wie ich selbst in einigen Versuchen erfahren durfte.

Michael

von Moritz (Gast)


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Hallo zusammen,

sobald ich etwas Zeit habe, werde ich mir die Mühe machen meine 
Ergebnisse umfangreich darzustellen.

Beste Grüße
Moritz

von Detlef _. (detlef_a)


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Henrik V. schrieb:
> Jim Williams von linear (jetzt AD) hat kurz von seinem Tod noch an
> klirrarmen Sinusgeneratoren gearbeitet. Um die Güte des Sinus zu messen
> brau

Ja. Die Herren Hewlett und Packard bauten als erstes Produkt einen 
klirrarmen Generator, die Uni-Abschlussarbeit von Hewlett. Im feedback 
arbeitete eine Glühbirne, das war die Idee.

Jim Williams hat diesen Generator mit modernen Bauelementen nachgebaut. 
Er kommt auf einen Klirfaktor von 3ppm, was immer das heißen mag.

Das Buch heißt 'Analog circuit design' und ist bei Google teilweise zu 
sehen. Der Artikel lautet 'Max Wien, Mr. Hewlett and a rainy sunday 
afternoon'.

Lehrreich und amüsant.
Cheers
Detlef

von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Detlef _. schrieb:

> Er kommt auf einen Klirfaktor von 3ppm, was immer das heißen mag.

3 ppm sind 0,003 Promille oder 0,0003 %. Oder -110 dBc (auf Spannung 
bezogen).

von Detlef _. (detlef_a)


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Soul E. schrieb:
> Detlef _. schrieb:
>
>> Er kommt auf einen Klirfaktor von 3ppm, was immer das heißen mag.
>
> 3 ppm sind 0,003 Promille oder 0,0003 %. Oder -110 dBc (auf Spannung
> bezogen).

Yo. Oder -55dB auf Leistung bezogen. Genau das war die Frage.

Cheers
Detlef

von Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)


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Moritz schrieb:
> sobald ich etwas Zeit habe, werde ich mir die Mühe machen meine
> Ergebnisse umfangreich darzustellen.

Ja, das wäre super! Weil, das Problem ist interessant und alles anders 
als trivial.

Punkt 1:
die Versorgung ist ja nach Schaltbild unipolar. Der TPS7A4901 erzeugt 
aus den 23 V eine bipolare Spannung, welche aber nur als Hilfs- bzw 
Referenz verwendet wird.

Punkt 2:
Die 23 V Versorgung werde durch den CMJ4500 strombegrenzt auf 4,5 mA. 
Ist das tatsächlich notwendig? Wenn ich das richtig verstehe, läßt der 
IEPE-Standard auch Stöme von bis zu 20 mA zu.

Einen sehr guten Sinus-Oszillator zu bauen ist nicht trivial, da macht 
es jede weitere Einschränkung noch schwerer.

Punkt 3:
Schleifenverstärkung Wien-Generator >3 dB. In der Beschaltung des OP 
sind es max. 2 dB ==> ?

Punkt 4:
Die wichtigsten Kenndaten des Oszillarors würde ich noch mal auflisten: 
Rauschen, Klirrfaktor, Amplituden- & Frequenzgang über Zeit und 
Temperatur.

Das sid soo ein Punkte, die mir gerade ins Auge springen.

von Rainer V. (a_zip)


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...warte auch gespannt und wie gesagt, die 4,5mA sind im Hinblick auf 
die anderen Daten erst mal nebensächlich...soll heissen, wenn der 
Oszillator wirklich gut ist, dann kann man an die Stromaufnahme denken.
Gruß Rainer

von Alexander S. (alesi)


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Detlef _. schrieb:
> Das Buch heißt 'Analog circuit design' und ist bei Google teilweise zu
> sehen. Der Artikel lautet 'Max Wien, Mr. Hewlett and a rainy sunday
> afternoon'.

Den Artikel gibt es z.B. hier
  www.introni.it/pdf/Williams 07 - Book Chapters.pdf

von Henrik V. (henrik_v)


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Was ich nicht verstehe: Die Schaltung soll vom IEPE-Messaufnehmer mit 
23V 4mA versorgt werden. Gute IEPE Messaufnehmer/Signalkonditionierer 
geben dann eine Fehlermeldung raus.
Du sagt du willst den Sensor mit einem Signal speisen um ihn zu 
prüfen...
Soll dabei auch gemessen werden? Mit dem IEPE-Messaufnehmer? Der 
erwartet etwa 12V Bias +- Signal, soll aber gleichzeitig die 23V 
liefern?

Wenn das schon eine Kiste mit Knöpsche zum drehen werden soll, spendier 
ihr eine eigne Spannungsversorgung.

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