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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Variable OpAmp-Verstärkung - digital einstellbar


Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hallo!

Ich bin daran einen Funktionsgenerator zu basteln. Der Kern soll 
basierend auf einem MAX038 sein, die ganze Ansteuerung aber digital.
Für den Ausgang wollte ich einstellbaren Offset und Amplitude haben. Der 
Offset ist dabei kein Problem, die Variable Amplitude jedoch schon.
Bis jetzt hatte ich eigentlich nur die Idee, das Ganze mit einem 
digitalen Poti zu realisieren, leider haben die Typen die ich gefunden 
habe alle das gleiche Problem: Sie gehen bis max. 0.5 MHz, das ist mir 
ein bisschen wenig, vorallem weil der MAX038 theoretisch bis 20 Mhz 
geht. So viel muss es nicht umbedingt sein, aber 0.5 Mhz ist mir 
definitv auch zu wenig.
Was für Möglichkeiten gibt es sonst noch? zur Not würde ich mich auf ein 
paar wenige Werte einschränken z.B. 3V, 5V, 9V, 12V und dann das ganze 
per Analogmultiplexer machen, auch wenn mir mehr Werte natürlich lieber 
wären.

Bin für jeden kreativen Tipp dankbar

Gute Nacht

Autor: Fabian B. (fabs)
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Die Variable Verstärkung des OP kannst du auch über ein Leiternetzwerk 
machen... es gibt auch Integrierte Bausteine, die ein ganzes solches 
Netzwerk beinhalten. Is praktisch ein R2R-Netzwerk.

Such mal danach.

Gruß
Fabian

Autor: Pieter (Gast)
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moin moin,

sieh mal ins Datenblat vom DAC0830, da gibt es eine Schaltung
"DAC Controlled Amplifier (Volume Control)"

mfg
Pieter

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo mal wieder,

das Problem habe ich auch.
Du brauchst für ein vernünfiges Ausgangsignal einen sehr guten OPV.
BW hoch
SR hoch

Die besten Ergebnisse erhalte ich mit stromgegengekoppelten Typen.
Der Hacken ist, daß das Gegenkopplungsnetzwerk ganz schön niederohmig
sein muß.
Damit scheiden eigentlich multiplizierende DAC aus.
Digitale Potis auch.

Die besten Ergebnisse erhalte ich mit Analogschaltern und niederohmigen
R2R Netzwerk.

Vielleicht sollten wir uns ein wenig zusammentun.
(falls Interesse besteht)

Jogibär

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hallo!

Ja von mir aus gerne, scheint so als ob wir die gleichen Probleme und 
das gleiche Ziel hätten.
Für den Ausgangs-OpAmp habe ich den AD811 ins Auge gefasst, der hat eine 
gute SlewRate und kann auch gut Spannungen um +-12V liefern und ist auch 
vom Ausgangsstrom nicht sehr schwachbrüstig. Nachteile habe ich bisher 
keine feststellen können, wobei man gerne was übersieht bei der Fülle an 
Informationen im Datenblatt, was meinst du dazu?
Für die variable Verstärkung wären Widerstände zu- und wegschaltbar über 
Analogschalter auch eine gute Lösung. Mit einem 8 fach Schalter und 
geschickter Widerstandswahl lassen sich so ja auch 256 Stufen 
einstellen, was mir völlig ausreichen würde, z.B. 120 Schritte für einen 
Offset von 0-12V in 0.1V Schritten

Gruss

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hab doch einen Nachteil gefunden: Der Preis...

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

den habe ich auch ins Auge gefaßt.
Ich hatte vorher schon andere getestet, LTC was weiß ich.
Das Ergebnis war schon nicht schlecht, bloß das Hauptproblem ist
die hohe Verstärkung ( ca 10), die wir brauchen.
Da muß die SR schon verdammt hoch sein.

Schau mal in meinen anderen Thread.
Da habe ich schon mal was mit Ausgangsverstärker gepostet.

Wie gesagt, mit Analogschaltern war das Ergebnis bisher am besten.
Habe ich einfach getestet, 10 Mhz Quarzgenerator am Eingang,Oszi
am Ausgang.

Da sieht man schnell den Unterschied zwischen Theorie und Praxis.

Den Ausgangsverstärker habe ich erst mal nach "hinten" verschoben.

Ich mache erstmal die ganze Signalerzeugung, dann kann ich
nämlich mit den originalen Signalformen besser testen.

Dann die jage ich ja später durch die Endstufe.

Jogibär

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

es geht.
Ich habe meinen bei Segor gekauft.

Was nützt eine super digitale Einstellung und Signalerzeugung, wenn
der Ausgangsverstärker Schrott ist.

Und so oft braucht man den ja nicht.
Ansonsten braucht man von einem billigeren Type 2 Stück, und die
kosten dann genau so viel.

Jogibär

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hallo!

Da hast du allerdings recht.
Mit dem Rest der Schaltung bin ich noch nicht so weit wie du, komme aber 
gut voran, wenn ich mal einen Entwurf habe auf dem was gescheites zu 
erkennen ist werde ich ihn dir zu kommen lassen. Leider habe ich im 
Moment nicht sehr viel Zeit, ich hab in 2 Wochen Prüfungen... Da muss 
noch ein wenig Arbeit investiert werden...
So wie es scheint hast du schon praktische Versuche mit den 
Analogschaltern gemacht, die haben nicht so Problme mit den hohen 
Frequenzen? Solche Dinger habe ich eben noch nie verwendet...

Gruss

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

anscheinend nicht.
Und bei dem Typ, den ich verwende (-> Schaltplan),
ist bei symmetrischer Versorgung der Kanalwiderstand auch recht klein.

Jogibär

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hallo!

Ich habe mir mal ein paar Gedanken zm Ausgang gemacht, ganz einfach ist 
es tatsächlich nicht. Folgende Möglichkeiten habe bisher gefunden:
1. Offset vom DAC und Signalausgang mit einem Addierer die Summe bilden. 
Der Nachteil ist, dass ein Addierer auch invertiert, die Offsetspannung 
könnte man mit einem invertierenden Verstärker auch invertieren, aber 
der Signalausgang kann man nicht ohne einen weiteren OpAmp invertieren. 
Und einen zusätzlichen OpAmp am Signal-Ausgang möchte ich aus 
Signalqualitäts- und Kostengründen tunlichst vermeiden.

2. Offset vom DAC über einen invertierenden Verstärker und dieses dann 
mit dem Signalausgangssignal in einen Subtrahierer. Die negative 
Offsetspannung natürlich auf den Eingang der subtrahiert wird (nagetive 
Spannung abziehen = plus). Der Signalausgang auf den anderen Eingang. An 
dieser Lösung hatte ich meine riesenfreude, bis ich festgestellt habe, 
dass es mit der einstellbaren Amplitude schwer wird, aufgund der 
"doofen" Übertragungsfunktion...

Was meinst du? Würdest du einen zusätzlichen OpAmp sinnvoll finden, es 
müssten ja zwei von den AD811 sein...

Gruss

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Angehängte Dateien:

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Hallo,

Du fängst anscheinend wirklich gern von hinten an ;-).

Im Anhang mal ein früher Entwurf.

Diese Amplitudeneinstellung funktionierte dabei bisher am besten.
Multiplizierender DAC war eine einzige Katastrophe.

Ich teste das meistens mit einem Rechtecksignal.
Das ist dabei das "dreckigste" Signal.

Schaltung Anhang:

Den letzten OPV will ich durch den AD811 ersetzen.
Der soll dann den Hauptteil der Verstärkung erledigen.

Ich möchte gern noch eine Möglichkeit reinbauen, das
Ausgangssignal zu invertieren. ( für z.B. negative Nadelimpulse o.ä.)
Das einzigste, was mir dazu einfällt, ist eine Umschaltung
invertierender/nichtinvertierender Betrieb per Analogschalter.

Langsam fange ich an, Analogschalter zu lieben.
Die sind doch besser als ihr Ruf und diverser teurer Spezial IC's.

Wie gesagt erwischst Du mich etwas auf dem linken Fuß.
(Ich frickle gerade am Netzteil rum)
Ich wäge Schaltregler und Linearregler gegeneinander ab, aber erhalte
keine befriedigende Idee.

Hat vielleicht jemand anders der mitliest irgendeine Idee ?
Kann man so eine Schaltung auch an einem Schaltregler betreiben ?????
(Bei entsprechender Filterung)

Ps: Was für eine Prüfung hast Du denn ?? ( neugierig)

Jogibär


Autor: Basstler (Gast)
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Auch wenn für Euch das Thema abgehakt ist, einen PGA kann ich empfehlen.

PGA2311 von TI

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/pga2311.html

Ist auch nicht billig, aber TI verschickt "gerne" Muster 8)

Viel Erfolg noch...

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

danke für den Hinweis.

Aber wir spielen frequenzmäßig in einer anderen Liga.

Beim Rechtecksignal liegen unsere Oberwellen bei einigen zig 10MHz.

Mit NF Bauteilen kommen wir dabei nicht sehr weit.


Jogibär

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Hallo!

Danke für den Schaltplan. Ich werde es wahrscheinlich so machen:
Einen invertierenden Verstärker an den DAC für den Offset, dann den 
AD811 als Summierer-Invertierverstärker.
Nachteile: Das Signal aus dem Max038 ist invertiert. Kann bei Bedarf 
aber nochmals invertiert werden (gibt dan halt nochmals einen OpAmp)
Oder man kann das Sync-Signal, wenn es denn gebraucht wird auch 
invertieren. Das gestaltet sich denkbar einfach, da der ja nur digital 
ist, kann man einen Inverter aus einem Intel P4 anhängen, der sollte 
genug schnell sein (muss nur noch genau suchen wo ich den da drin finde 
und wie ich ihn raus, bzw. auf die Platine gelötet bekomme) ;)
Vorteile: Per Addierverstärker kann die Amplitude "einfach" per 
Analogschalter/Multiplexer eingestellt werden.
Man hat nur die minimale Anzahl OpAmps

Das Signal wahlweise zu invertieren macht für mich eigentlich wenig 
Sinn, man kann ja den Duty Cicle einfach umdefinieren wie 90% bzw 10% 
aussehen.

Zu dem Netzteil: Ich werde das nach alter Schule machen: Trafo, 
gleichrichter, dicker Kondensator, Linearregler.
Der Wirkungsgrad ist mir ziemlich egal. Aber von den getakteten 
Netzteilen lasse ich gerade für diese Anwendung, wo ohnehin noch mehrere 
Spannungsebenen nötig sind, die Finger. Gut möglich, dass es keine 
Probleme bereitet. Ich traue den zerhackten Spannungen einfach nicht...

Zu meinen Prüfungen: Leistungselektronik (daher wohl auch die Angst vor 
dem negativen Einfluss des Schaltreglers auf den Rest der Schaltung), 
Regelsysteme, Stochastische Modelle und Signalverarbeitung und zu guter 
letzt noch Elektrische Energiesysteme.

Das wärs für dieses Semester..

Gruss

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

ach Du studierst.
Dann bist Du ja der Kompetentere von uns beiden.
Ich glaube, ich sollte von dir abschreiben.

Zum TTL Signal.

Aus einem P4 Board muß der Treiber nicht unbedingt sein.
Irgendein schneller ACT o.ä. sollte dicke reichen.

Zum Netzteil.

+/- 5V Analog
+/- 15 V Ausgangsverstärker
+   5V digitale Steuerung

Ist mit Linearreglern ungünstig.
Ziemlich viel Verluste gerade bei den 5V.
Man braucht ja mindestens 20V Zwischenkreisspannung.
Oder 2 Trafos.

Bei einem Schaltregel hat man nach der Filterung vielleicht noch
50 mV Ripple bei 25 - 50 kHz.
Ich weiß wirklich nicht, ob das was ausmacht.
Überall sitzen heute Schaltregler drin.

Bin echt noch am überlegen.

Jogibär

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Leider hat studieren mit dem hier nicht viel zu tun... Dort wird leider 
nur wenig gelehrt, was wirklich mit Praxis zu tun hat. Ich schätze 80% 
wissen nicht mal ob es eine Rolle spielt in welcher Richtung ein 
Widerstand angeschlossen wird... Aber das ist ein anderes Thema. Was 
machst denn du? Irgend wie aus der Ecke wirst du wohl auch kommen?

Zur Stromversorgung: Ich werde wohl einen Trafo mit mehreren 
sekundärwicklungen nehmen, eine mit im Bereich 20V, für 
Ausgangsverstärker, die andere so um 9V für die digitale Seite. Ob die 
+- 5 V für den analogen Teil auch aus dieser Quelle gespiesen werden 
weiss ich noch nicht, das wird sich dann zeigen.

Ich werde (gezwungen durch Nutzung der Freeware Version von Eagle) das 
ganze auf mehrere Platinen verteilen:
eine für den Digitalen Teil
eine für den analogen Teil
und eine für die Spannungsversorgung.
Damit bin ich auch für Aufrüstungen optimal vorbereitet, gerade wenn ich 
mich  doch noch in Schaltregler-Entstörung versuchen möchte.

Autor: Zoch (Gast)
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Leute,
es gibt sonst auch noch VNA, analog log-gesteuerte Videoverstaerker. ZB 
bei Analog.com. Mit Bandbreite bis zum Abwinken.

Z.

Autor: Zoch (Gast)
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VGA, vartiable gain amplifier

Z

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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Ja, Bandbreite ist i.O.
Nur die Beschaltung ist mir noch nicht ganz klar. Einen 
Ausgangsverstärker braucht man aber trotzdem, die Ausgangsspannung ist 
doch eher gering...
Danke für den Tipp, werde morgen nochmals genauer anschauen, aber erst 
ist ein bisschen lernen und schlafen angesagt...

Gruss

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo Heinz,

bei mir ist es ähnlich flexibel.
Ich werde das auch auf mehreren Platinen verteilen.


Beruflich entwickle ich Steuerungen für Industrieanlagen; hauptsächlich
Elektro.Ansonsten bin ich staatl. gepr. Elektroniktechniker.


Hallo Zoch,

über diese Teile bin ich auch schon gestolpert.
Etwas teuer, schwer beschaffbar.
Sind in Amateurfunkkreisen sehr beliebt.

Die einstellbare Verstärkung bzw. Dämpfung ist bei den meisten
Bauteilen nicht hoch genug, bzw. teilweise zu grob.
Schwingen sehr gerne.

Ich habe da noch nichts passendes gefunden.



Autor: Zoch (Gast)
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@Michael,
Zuwenig dynamischer Bereich ? Der AD8328 mit 60dB bei 100MHz ist doch 
nicht schlecht. Der ist sogar in 1dB schritten digital einstellbar. Gut 
135nV/rtHz ist etwas viel. Der AD8326 bringt auch 100Mhz mit 100nV/rtHz. 
Digital einstellbar in 0.75dB Schritten deckt er 53dB ab. Der AD8320 
macht 36dB dynamisch in 0.2dB Schritten. Dafuer bringt er 150Mhz bei 
53nV/rtHz. Ja, die Schwingneigung ist eine Sache des Layouts. Bei diesen 
Teilen kann man nicht mehr auf Veroboard wrappen. Ein richtiges Layout 
muss schon sein. Wenn man mehr dynamischen Bereich haben wil, kann man 
auch zwei hintereinander schalten. 10 oder 15Vpp ist etwas viel bei 
100Mhz, da man ueblicherweise bei diesen Frequenzen mit 50 Ohm rechnet. 
10V sind dann schon 200mA.

Z.

Autor: Andreas (Gast)
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Wie wärs mir nem analog multiplizierer, da könnte man mit nem DA Wandler 
praktisch beliebig die verstärkung einstellen, AD633 ist ein beispiel, 
hat aber warscheinlich zu geringe bandbreite, gibt aber noch andere.

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Ein richtig flotter OP ist der NE5539, full power BW 48MHz.
Kostet bei Kessler nur 1,34 €.

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Andreas wrote:
> Wie wärs mir nem analog multiplizierer, da könnte man mit nem DA Wandler
> praktisch beliebig die verstärkung einstellen, AD633 ist ein beispiel,
> hat aber warscheinlich zu geringe bandbreite, gibt aber noch andere.

Hallo,

das habe ich schon probiert.
Problem:

Der OPV für die Ausgangsverstärkung ist einer mit Stromgegenkopplung.
"Normale" Typen verzerren stark das Ausgangssignal.
Der braucht sehr niederohmige Gegenkopplungswiderstände. < 1kOhm
Analoge Multiplizier haben meistens um die 10KOhm -> viel zu groß.

Autor: N. K. (bennjo)
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@Michael Jogwich:

Welche Analog-Schalter verwendest du?
Hab ein ähnliches Projekt, und brauch da auch noch was in der Richtung.

Gruß,
Nikias

Autor: N. K. (bennjo)
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Hm...möchte heute bei Reichelt bestellen...kann mir jemand Tipps geben 
für nen Analog-Schalter? Ich möchte den Kondensator eines Oszillators 
üer µC umschalten können!

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

das kommt auf die Frequenz und den Pegel an, den Du umschalten willst.

Ich habe in meiner Testschaltung den 74HCT4053 drin, der hat bei 
symmetrischer Versorgung einen kleinen Kanalwiderstand.
-> siehe Datenblatt.

Ansonsten einfach mal testen.
Vielleicht geht auch ein normaler 4066 CMOS.

Ich bin auch nicht unbedingt der Analogexperte, daher funktioniert es
meistens nach -> Info's lesen -> Versuch -> Irrtum u.s.w.
Allerdings lernt man dabei ne ganze Menge :-).

Schreib doch mal ausführlicher, was Du machen willst.

Jogibär

Autor: N. K. (bennjo)
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Hallo,
hab mein Projekt hier schonmal ganz gut beschrieben:
Beitrag "Überlegungen Funktionsgenerator"

Also Frequenzen gehen so bis 1MHz ... Pegel +-15V

Vielleicht sollten wir einfach in meinem Thread weiterdiskutieren :-)

Gruß,
Nikias

Autor: Heinz Kleister (heinzkleister)
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So, bin zwar mitten in den Prüfungen, aber das Projekt lässt mich nicht 
ruhen. Da ich leider keine Analogschalter bzw. Multiplexer zu Hause an 
Lage habe, möchte ich das ganze simulieren. Ich weiss schlussendlich 
kommt es für die hohen Frequenzen wahrscheinlich vorallem aufs Layout 
drauf an, aber zur Bauteilauswahl wäre das sicher eine gute Möglichkeit. 
Ich möchte weder das Geld noch die Zeit investieren 100 Bauteile zu 
bestellen um zu merken, dass die nicht so der Hit sind.
Des halb wollte ich mal ganz allgemein fragen was es denn für 
Simulationssoftware gibt. Ich kenne PSpice und SwCAD III, zu letzterem 
findet  man leider nicht viele Bauteile. Wer kann noch was empfehlen 
(sollte natürlich Freeware sein).

@Michael: Du hast nichts mehr gemacht inzwischen?

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