Hallo zusammen, ich habe in LTspice die angehängte Peak-Hold Schaltung simuliert. Diese Schaltung findet man in verschiedenen Quellen in ähnlicher Form. Als Vorlage habe ich die Variante aus dem Blog "Elliott Sound Products - AN014 - Peak Detection Circuits" genommen, weil dort ganz gut beschrieben. Beim Aufbau dieser Schaltung an einer Steckbrett Platine habe ich ein Problem, bei dem ihr mir hoffentlich weiterhelfen könnt. Ich kann das Ausgangssignal (EL3702_IN) nur messen, wenn ich einen 1Megaohm Pull-Down Widerstand (gegen GND) neben dem Halte-Kondensator und seinem Vorwiderstand dazu hänge. Ohne diesen geht der Ausgang meines OP Amps auf ca 9-10V und verändert sich nicht mehr. -Allerdings wird der Haltekondensator dann über diesen Pull-Down auch entladen. Das macht die Funktion der Schaltung ein schnellen Spannungsimpuls möglichst lange zu speichern zu nichte. Wenn ich nach Peak-Hold Schaltungen suche, dann werden in diesem Pfad auch keine Pull-Dwon Widerstände verwendet (Außer der Kondensator soll sich langsam entladen). Ich verwende einen LT1122DCN8. Könnt ihr mir helfen, was ich anpassen könnte? Grüße Andreas
Mit 400pf, 10V und 100pA bias current bist du nach 40s im Anschlag. Deine Schaltung hat keinen ableitpfad for bias currents. Der 1Meg erledigt das.
Danke schonmal für die Antworten. Ich verwende in der Simulation und auf dem Steckbrett den LT1122 (LT1122DCN8#PBF). Christoph, der Input Bias Current liegt laut datenblatt bei 75pA Max. An anderer Stelle im Datenblatt wird sogar nur 10pA geschrieben. Woher nimmst du die 100pA? Nochmal kurz was ich mit der Schaltung erreichen möchte: Von einem Spannungssignal im Bereich 0V bis 3,5V welches für 1µS bis 50µS anliegt soll der Spitzenwert (Peak) gehalten werden. Je länger der Peak gehalten werden kann, desto besser, allerdings würden mir wenige Sekunden reichen. Wichtig ist hauptsächlich, dass die Kondensatorspannung in diesem Zeitraum stabil bleibt und nur wenige Millivolt Unterschied zu dem Eingangssignal besteht (Genauigkeit). Über einen Pull-Down Widerstand entlädt sich der Kondensator also sofort, sobald das Eingangssignal abfällt. In anderen peak Hold Schaltungen ist dieser Pull-Down auch nie eingezeichnet. Wie bekommen die das in den Griff, dass der +IN des Op Amp dann "schwimmt" (floating)?
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Andreas P. schrieb: > Nochmal kurz was ich mit der Schaltung erreichen möchte: > Von einem Spannungssignal im Bereich 0V bis 3,5V welches für 1µS bis > 50µS anliegt soll der Spitzenwert (Peak) gehalten werden. > > Je länger der Peak gehalten werden kann, desto besser, allerdings würden > mir wenige Sekunden reichen. > Wichtig ist hauptsächlich, dass die Kondensatorspannung in diesem > Zeitraum stabil bleibt und nur wenige Millivolt Unterschied zu dem > Eingangssignal besteht (Genauigkeit). Vergiss es. Das geht schon wenigen dielektrischer Absorption nicht, egal was die anderen Bauteile können.
Wegen der dielektrischer Absorption habe ich geschaut, es gibt Arten von Folienkondensatoren (Polystyrene) oder Keramikkondensatoren (NP0) die sich dafür eignen könnten. Bei Kyocera oder auf Wikipedia gibts da Tabellen. Das wäre allerdings erstmal ein Problem in der Zukunft. Zur Schaltungsfunktion: Der Kondensator würde permanent über den MOSFET entladen werden, vor Impulsaufnahme soll dieser Entladepfad dann geöffnet werden. Die Kondensatorspannung die dann anliegt würde erst eingelesen werden und als Null-Referenz verwendet werden. Dann würde das Signal erfolgen und gespichert werden.
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> Christoph, der Input Bias Current liegt laut datenblatt bei 75pA Max. > An anderer Stelle im Datenblatt wird sogar nur 10pA geschrieben. > Woher nimmst du die 100pA? Das ist Max aus dem Datenblatt für deinen Typ. Aber ob es 75 sind oder mehr ändert nichts am Grundproblem. Wie lange dauert es nach dem reset bis der OpV in der Begrenzung hängt?
Ich bin noch nicht soweit, den Reset sinnvoll testen zu können. Momentan ist das Problem, dass sich mein Kondensator sofort auf den Eingangsimpuls auflädt (ich lasse Testweise 5V als Eingangsimpuls länger anliegen), ohne den 1Meg Pull-Down in der Schaltung mein Operationsverstärker U2 allerings 9-10V ausgibt. Mit Pull-Down gibt U2 die 5V Eingangsimpuls auch korrekt am Augang aus, die Spannung bricht allerdings nahezu sofort zusammen sobald der Eongangsimpuls abfällt, da sich der Kondensator übder den Pull-Down Widerstand eben auch entlädt. Warum funktioniert das in den ganzen Sample-Hold / Peak-Hold Schaltungen die ich online finde ohne Pull-Down am +IN des Op Amp? -Und danke. Ich bin froh hier Austausch zu finden, kenne wenige Elektrotechniker/Leute die sich mit sowas auskennen.
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> Wie lange dauert es nach dem reset bis der OpV in der > Begrenzung hängt? Das ist die entscheidende Frage. Kannst du mal mit dem Oszi schauen wie schnell der OP-Ausgang nach einem Reset nach oben wandert? Vielleicht ist es nur Dreck zwischen den Kontakten auf deinem Steckbrett der einen Stromfluss auf den Lade-C verursacht. Bei 400pF Ladekondensator braucht es nur wenig Strom damit der in einem Augenblick auf 10V aufgeladen ist (schneller als dein Digital-Multimeter anzeigen kann).
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Möglichkeit: Alle Kontakte die am Lade-C hängen nicht in das Steckbrett stecken sondern nach oben gehen lassen und in der Luft zusammenlöten (D1, R4, Drain von M1 und den Plus-Eingang vom OPV). Die Gehäuse der Bauteile mit Pinsel und Isopropanol (99% oder 99,9%) säubern, wegen Kriechstrom. Spiritus geht auch, aber da ist mehr Wasser drin.
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Okay, werde ich schauen. Wird Ende nächster Woche werden, setze es aber auf die Liste der Dinge die ich da noch versuchen kann. Von der Sache mit den Kontakten in der Luft und Kriechströmen über die Gehäuse habe ich schonmal irgendwo was gelesen. Jedenfalls ein krasser Input von dir Georg :D Ich habe noch einen LT1022CN8 und kann mal schauen wie der sich auf dem Steckbrett verhält. Könnte es vielleicht auch an dem Steckbrettaufbau selbst liegen, dass der OP unbedingt einen Pull-Down an seinem +In braucht um das Signal sauber durchzuschalten? Oder geht diese Schaltungskonfiguration nur mit bestimmten OP-Typen? Habe schon ein paar mal gelesen es sollte ein FET Typ sein, der LT1122 ist ein JFET. Fotos von der aufgebauten Schaltung ist angehängt. (Ohne den 1Meg Pull-Down)
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> Habe schon ein paar mal gelesen es sollte ein FET Typ sein, der LT1122 > ist ein JFET. Was oft vergessen wird: Ein OP hat einen Eingangsstrom! Der Strom fließt durchgehend, das ist der Basisstrom der ersten Verstärkerstufe. Im Anhang ein Ausschnitt aus dem Schaltplan und dem Datenblatt eines LM2904. Das sind in dem Fall 45nA typisch und selbst im Extremfall (max. Temp und maximum der Streuung) nur ein halber Mikroampere. Deswegen ist das bei "normaler" Auslegung (nicht zu hochohmig) bei den meisten Schaltungen vernachlässigbar und wird deswegen oft vergessen. An einem 10kOhm Widerstand verursachen 45nA einen Spannungsabfall von gerade mal 0,45mV. Und das bei einer Eingangsstufe mit Bipolar-Transistoren die einen echten Basisstrom haben. Bei FET Transistoren ist der Strom um den Faktor 1000 kleiner (o.g. 75 bzw. 100pA maximum, oder 10pA typisch). Da dominiert gerne der Dreck auf dem Gehäuse, oder die ESD-Diode im Chip ;-) Deswegen FET OP für Sample&Hold. Die 100pA würden deinen 400pF Kondensator in 40s auf- oder entladen, je nach dem in welche Richtung der Strom fließt (0,25V pro Sekunde). Da es bei dir viel schneller geht, fließt ein größerer Strom. Die Frage ist, wo und warum. die 1N4148 ist eine Spitzendiode mit sehr kleinen Sperrstrom, die ist für diese Anwendung ok (Planardioden haben einen größeren Sperrstrom). Und die Schaltung hält die Sperrspannung von D1 bei 0V (falls du dich mal gefragt hast zu was R3 gut ist). Das sind so die Tricks um die Hold-Zeit zu verlängern. Ich nehme mal an der 400pF Kondensator muss so klein sein? Und ich nehme auch an es soll eine Kunstwerk für eine Demo die den Sample&Hold verdeutlicht? Für die schnöde Praxis hätte ich noch einen Mikrocontroller vorgeschlagen mit einem internen oder externen ADC der den OP-Ausgang 10000x (interner ADC) oder 100x pro Sekunde (externer 24bit ADC) liest, so dass eine Hold-Zeit in der analogen Schaltung von ein paar Millisekunden ausreicht.
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Wegen R3 der die Spannung über D1 bei ca. 0V hält damit da möglichst wenig Sperrstrom fließt: Das kann man mit dem "Dreck" auch machen. Wenn die Spannungsdifferenz bei ca. 0V liegt, dann fließt auch kein Strom. Das nennt sich dann "Guard Ring". Erklärung siehe S.2 (figure 4): https://www.renesas.com/en/document/apn/an517-application-monolithic-sample-and-hold-amplifiers
Wegen Hold-Zeit im Sekundenbereich: Du könntest auch einen "langsamen" S&H nachschalten, der die Hold-Spannung deines schnellen S&H ein paar Milisekunden nach dem Trigger Sampled. Weil der ein langsameres Eingangssignal bekommt und deswegen langsamer sein kann, kann der dann auch einen 1uF Kondensator haben. Dann ist es wesentlich einfacher eine Hold Zeit von ein paar Sekunden zu erreichen.
zu D1: Wenn der (Halte-)Kondensator C1 aufgeladen ist, dann liegt an beiden Enden von D1 das selbe Spannungspotential an und es fließt kein Leckstrom über die Diode. So habe ich das verstanden, auf dem oben verlinkten Blog wird das beschrieben und in dem Video " EEVblog #490 - Peak Detector Circuit " ab Minute 17:30 wird das auch an einer ähnlichen Schaltung erklärt. Das mit dem "Guard Ring" muss ich mir durchlesen, danke. Eingangsstrom OP: Den Eingangsleckstrom (Input Bias Current) habe ich berücksichtigt und deswegen bei der Auswahl der OP Amps darauf geachtet, welche zu finden die sich möglichst niedrig im pA Bereich befinden. Wenn ich die Spannung im Kondensator in den ersten 5 Sekunden möglichst stabil halten kann, ohne das zu viele mV absinken, dann ist diese "Droop Rate" für mich schon mehr als ausreichend. Mikrocontroller Lösung (oder fertige Sample-Hold ICs): Andere Lösungsvorschläge notiere ich mir und komme vielleicht auch nochmal darauf zurück, wenn praktikabler. Jetzt geht es aber erstmal darum, mit einem Laboraufbau zu zeigen, wie weit man mit so einer Schaltung bei unserer Problemstellung kommen kann. Zur Kapazität: 400pF mit einem Vorwiderstand von 500Ohm ergibt für für 5*tau = 1 μS. Nach dieser Zeit sollte der Kondensator dann auf >99% der Ladespannung (Eingangsspannung /-impuls) aufgeladen sein. ->Der Op Amp muss dazu eine Slew Rate haben die hoch genug ist. Das sind die max. Werte. In der Praxis werden meistens Eingangsspannungn um die 500mV-2V mit einer Anstiegszeit von 30-50μS anliegen. Einen solchen Impuls habe den die Peak-Hold Schaltung aufnehmen soll ich in LTspice nachgestellt (Bild). Gelb der Eingangsmpuls, Grün der Ausgang der Schaltung an eine EL3702 Beckhoff Klemme.
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Auch ein guter Vorschlag mit der etwas langsameren Hold Stufe. Erstmal muss ich jetzt ruasfinden, wieso der OP Amp ohne den Pull-Down das Eingangssignal nicht rausgibt. Der Kondensator nimmt es ja auf. Das passt. Wo du/ihr mir schon geholfen habt: Der OP Amp hat eine Versorgungsspannung von +/- 12V vond em Traco DC/DC Wandler. Ohne Pull-Down am +In gibt er sofort 9-10V raus (mit Fluke Multimeter am Schaltungsausgang gemessen). Der geht doch scheinbar sofort in den Bereich der Sättigung und gibt so viel der positiven versorgungsspannung raus wie er kann? Und bleibt fdann dort hängen, auch wenn mein Kondensator sich dann auf das EIngangssignal aufgeladen hat. Die genaue Funktion von D3 und D2 ist mir auch noch nicht ganz klar. D2 sorgt wohl dafür, dass der Ausgang des OP nicht zu sehr in en negativen Bereich rutscht. Oszi Messungen folgen. Meine LTspice Simulation ist angehängt. Danke nochmal für die ausführlichen Antworten. Wenn ich das mit ein paar Tipps irgendwie hinkriege, lasse ich mir eine Kleinigkeit als Danke einfallen.
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Michael B. schrieb: > Andreas P. schrieb: >> Nochmal kurz was ich mit der Schaltung erreichen möchte: >> Von einem Spannungssignal im Bereich 0V bis 3,5V welches für 1µS bis >> 50µS anliegt soll der Spitzenwert (Peak) gehalten werden. >> >> Je länger der Peak gehalten werden kann, desto besser, allerdings würden >> mir wenige Sekunden reichen. >> Wichtig ist hauptsächlich, dass die Kondensatorspannung in diesem >> Zeitraum stabil bleibt und nur wenige Millivolt Unterschied zu dem >> Eingangssignal besteht (Genauigkeit). > > Vergiss es. > > Das geht schon wenigen dielektrischer Absorption nicht, egal was die > anderen Bauteile können. Das ist eher nicht das Problem. die Ursache für die Überspannung ist eher das Ladungspumpen-Prinzip, was sich bei realen Dioden leider ausbildet. Die Dioden haben nun mal auch eine Kapazität von paar pF (je nach Sperrspannung), die die eigentliche Diode überbrücken. Und die sorgen bei HF bzw. Spannungs-Flanken dafür, dass die resultierende Spannung dann eben höher ist, als die Up der Signalspannung. Ein Entlade-R ist daher immer irgendwie nötig - ob explizit oder implizit, ist dann eher egal ...
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> Die genaue Funktion von D3 und D2 ist mir auch noch nicht ganz klar. > D2 sorgt wohl dafür, dass der Ausgang des OP nicht zu sehr in en > negativen Bereich rutscht. genau. Ohne D2 würde der OP Ausgang in die negative Sättigung gehen und dann eine gewisse Zeit brauchen um da wieder raus zu kommen. Mit D2 geht der OP-Ausgang nur max. 0,6V unter die aktuelle Eingangsspannung und ist dann nicht so weil weg wenn die Eingangsspannung wieder hoch kommt um eine neue Spitze zu markieren. D3 macht einfach Spitzenwert-Gleichrichtung, so wie auch D1. D3 sperrt solange das Eingangssignal unterhalb der aktuellen gespeicherten Peak-Spannung ist. Im Sperr-Fall sieht D3 die Sperrspannung (und macht den Sperrstrom) damit D1 durch R3 auf ca. 0V Sperrspannung gehalten werden kann.
> Der geht doch scheinbar sofort in den Bereich der Sättigung und gibt so > viel der positiven versorgungsspannung raus wie er kann? Schau es dir mit dem Oszi an. Ich glaube er geht nicht "sofort" in Sättigung, sondern wandert nach einem Reset nach oben. Und das macht er relativ schnell weil der Lade-C mit 400pF recht klein ist. Kannst du den nicht auf 4nF vergrößern und den R4 auf 50 Ohm verkleinern? Das müssten die OPs doch noch treiben können. Wenn die Spannung aber "recht schnell" (show Oszi-Pics or it didn't happen) nach oben geht, muss da ein Strom weit oberhalb der 10-100pA OP-Eingangsstrom in den C1 fließen. Wir haben immer noch keine Ahnung wo der her kommen könnte. Das muss irgendwas in deinem Aufbau sein. Schaltplan ist ok. Mach mal D1 und R9 raus, und schau am Oszi den Spannungsverlauf nach einem Reset durch M1 an. Mache C1 größer und schaue den Unterschied an. Oszi braucht man wenn man solche Schaltungen baut.
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Nur als kurzes Update von mir: Momentan habe ich noch ein paar Probleme bei den Messungen, da ich mit unserem alten Oszi kämpfe. Am Kondensator direkt kann ich nicht messen, da unser Oszi einen Eingangswiderstand von 10MOhm hat und der 470pF (2200pF habe ich auch getestet) ziemlich schnell leer ist. Wenn ich die Peak-Hold Schaltung als Grundschaltung aufbaue (siehe Foto) dann gehen meine beiden Operationsverstärker nicht in die Sättigung. An der Basis Schaltung führe ich jetzt ein paar Oszi Messungen durch und melde mich dann aufjedenfall wieder, egal was da noch rauskommt. Grüße und danke für die fachliche Unterstützung bisher!
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Georg S. schrieb: >> Der geht doch scheinbar sofort in den Bereich der Sättigung und gibt so >> viel der positiven versorgungsspannung raus wie er kann? > > Schau es dir mit dem Oszi an. Ich glaube er geht nicht "sofort" in > Sättigung, sondern wandert nach einem Reset nach oben. Und das macht er > relativ schnell weil der Lade-C mit 400pF recht klein ist. Kannst du den > nicht auf 4nF vergrößern und den R4 auf 50 Ohm verkleinern? Das müssten > die OPs doch noch treiben können. > Wenn die Spannung aber "recht schnell" (show Oszi-Pics or it didn't > happen) nach oben geht, muss da ein Strom weit oberhalb der 10-100pA > OP-Eingangsstrom in den C1 fließen. Wir haben immer noch keine Ahnung wo > der her kommen könnte. Das muss irgendwas in deinem Aufbau sein. > Schaltplan ist ok. > > Mach mal D1 und R9 raus, und schau am Oszi den Spannungsverlauf nach > einem Reset durch M1 an. Mache C1 größer und schaue den Unterschied an. > Oszi braucht man wenn man solche Schaltungen baut. Das habe ich heute testen können mit Oszi und Multimeter. Die Ausgangsspannung ist tatsächlich nach oben gewandert. Gemessen an der Schaltungskonfiguration mit den Dioden und Widerständen, die wir bisher diskutiert haben. In der Peak-Hold Grundschaltung (oberer Post von mir) sieht es nicht so aus, als würde er am Ausgang in die Sättigung hoch gehen. Der Grund, warum ich das Multimeter auch nutze ist, weil ich am Ausgang der Schaltung, hinter dem 2 OP den Kondensator auch mit dem Multimeter nicht entladen sollte. Für mein Verständnis zumindest, dafür ist der OP ja da, um den C nicht zu belasten... Melde mich wieder.
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> Momentan habe ich noch ein paar Probleme bei den Messungen, da ich mit > unserem alten Oszi kämpfe. Hoffentlich trotzdem schon ein digitales Oszi, denn sonst kann man einmalige Ereignisse nicht messen. > Am Kondensator direkt kann ich nicht messen, da unser Oszi Am Kondensator kannst du sowieso nicht direkt messen. Das Multimeter hat vielleicht einen höheren Innenwiderstand, aber auch der verfälscht sicher die Messung am Kondensator. Der hat ja nur 400pF. Immer am Oszi-Ausgang messen. Da verfälscht der Innenwiderstand nicht das Ergebnis. > Wenn ich die Peak-Hold Schaltung als Grundschaltung aufbaue (siehe Foto) > dann gehen meine beiden Operationsverstärker nicht in die Sättigung. Am alten Schaltplan war aber auch nichts falsch. Du könntest ja Bauteil für Bauteil von der Grundschaltung zur alten Schaltung umbauen und schauen an welchem es lag.
> Hoffentlich trotzdem schon ein digitales Oszi, denn sonst kann man > einmalige Ereignisse nicht messen. Unser Oszi ist ein Tektronix TBS 1102B. Bisher habe ich nur noch nicht viel mit dem Gerät gearbeitet. > Am alten Schaltplan war aber auch nichts falsch. Du könntest ja Bauteil > für Bauteil von der Grundschaltung zur alten Schaltung umbauen und > schauen an welchem es lag. So gehe ich jetzt vor.
Hallo zusammen, hier mal wieder ein Update von mir. Bei dem angehängten Bild der angepassten Schaltung geht jetzt ein Eingangssignal (einstellbares Labornetzteil) von ein paar mV bis ca. 5 V sauber durch die Schaltung: Über den Haltekondensator und am Schaltungsausgang raus. => Pull-Down-Widerstände am invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des OPVs am Schaltungseingang haben dafür gesorgt, dass die OPVs nicht mehr in den Bereich der Sättigung gehen! Sobald das Eingangssignal entfernt wird, bricht allerdings die in der Schaltung gehaltene Spannung in weniger als 1 Sekunde zusammen (Oszi Bild). Gemessen am Schaltungsausgang, also hinter dem 2 OPV, nicht direkt am Kondensator, dieser sollte also nicht belastet werden. Die Anschlüsse habe ich in der Luft verbunden, einmal am Steckbrett (Foto) und auch eine Lochrasterplatine angefertigt (Foto) auf diese komme ich evtl. nochmal zurück. Große Frage ist jetzt erstmal, worüber kann sich der Kondensator denn jetzt noch entladen? Beste Grüße Andreas
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Georg S. schrieb: > die 1N4148 ist eine Spitzendiode mit sehr kleinen > Sperrstrom, Nöö. Ist eine "schnelle Schaltdiode" aka Allerweltsdiode. Bin ziemlich sicher, dass sie bei Valvo unter Druckkontakt-Dioden beschrieben ist.
Andreas P. schrieb: > Große Frage ist jetzt erstmal, worüber kann sich der Kondensator denn > jetzt noch entladen? 10..20nA Sperrstrom (Bild 5) und evtl lichtempfindlich (!). https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/15021/PHILIPS/1N4148.html
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Andreas P. schrieb: > Große Frage ist jetzt erstmal, worüber kann sich der Kondensator denn > jetzt noch entladen? Ich hätte jetzt auch als erstes die Diode D1 gestestet. Du kannst die ablöten, und für "Sample" mit einer (Plastik-)Pinzette an R4 halten. Und dann mit dem Oszi schauen ob sich die Zeit fürs Entladen bei Hold signifikant ändert. Wenn es das ist, Tipp für billige Diode mir kleinem Sperrstrom ist die Basis-Kollektor-Diodenstrecke eines NPN Kleinsignal-Transistors. Ich hab aber vergessen ob es ein spezieller Typ sein musste. Kannst als erstes ausprobieren was rum liegt, BC548, BC550, BC848, o.ä. Die max. Sperrspannung liegt aber bei ca. 5V!!
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