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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Operationsverstärker mit variabler Verstärkung


Autor: manuel (Gast)
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Angenommen ich verwende einen elektronischen Schalter der einen von 3 
Widerständen in der Feedback-Beschaltung eines OpAmps auswählt (ich will 
eine variable Verstärkung 1,2,5 erreichen), beinflusst dieser Schalter 
die Bandbreite des Verstärkers?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Sicher beeinflusst er deine Bandbreite. Jeder Schalter hat parasitaere 
Kapazitaeten. Du koenntes 1. Die Schaltung niederohmiger machen oder 2. 
mit einer geeigneten Kapazitaet an anderer Stelle in der Schaltung diese 
Kompensieren.

Welche Schaltung hast du denn.

Gruss Helmi

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist eine Konstante.

Deshalb reduziert eine erhöhte Verstärkung die Bandbreite.

Autor: manuel (Gast)
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Das ist klar das die erhöhte Verstärkung die Bandbreite reduziert :-) 
Die frage ist ob der analoge Schalter an sich noch weiter zur 
Reduzierung beiträgt da er ja auch in der Feedback loop ist.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@manuel (Gast)

Es ist immer noch die Frage welche Schaltung du da betreibst.

Invertierend oder nicht invertierend ?
bei einer nicht invertierenden Schaltung wuerden die parasitaeren 
Kapazitaeten des Schalter weniger storen als bei einer nicht 
invertierenden.

Wenn bei einer invertierend Schaltung der Schalter z.B. am (-) Eingang 
sitzt und den Widerstand vom Ausgang her schaltet hast du weniger 
probleme mit den parasitaeren Kapazitaeten. Am (-) Eingang ist ja ein 
virtueller Nullpunkt wo ja fast keine Spannung ansteht am Schalter mit 
seinen Kapazitaeten.

Bei einer nicht invertierenden Schaltung sieht das ein bisschen anders 
aus.
Denn dort ist der (-) Eingang gleich der Spannung am (+) Eingang. Wenn 
dort jetzt der Schalter in die Rueckkoppelung leitung liegt ist am ihm 
die Eingangsspannung zu messen. Dadurch wirkt sich die parasitaeren 
Kapazitaeten hier viel mehr aus.


Gruss Helmi

Autor: manuel (Gast)
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@Helmut Lenzen

Schaltung existiert eigentlich noch nicht. Ich mache mir momentan 
Gedanken über den analogen Teil eines Oszilloskop.

1/10/100 Teiler hab ich mit Relais gemacht, dann kommt ein 
Impedanz-Wandler mit OPA656, danach die Vorverstärkerstufe (schein das 
komplexeste zu sein, daran arbeite ich gerade), und einen OPA691 mit 
G=+2 als ADC Buffer und DC-Shift. ADC ist ein AD831.

Autor: yalu (Gast)
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Um welchen Frequenzbereich handelt es sich denn? Der AD831 ist
übrigens kein ADC, sondern ein Mischer.

Autor: manuel (Gast)
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Sorry, es war der ADS831 gemeint :-) Dessen 80MSPS würde ich natürlich 
gerne voll ausreizen bzw. noch mit einem zweiten 160MSPS erreichen.

Wenn es nicht klappt ist aber nicht schlimm - ist just for fun.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Autor:  manuel (Gast) schrieb am Datum: 11.02.2008 16:36

>1/10/100 Teiler hab ich mit Relais gemacht, dann kommt ein
>Impedanz-Wandler mit OPA656, danach die Vorverstärkerstufe (schein das
>komplexeste zu sein, daran arbeite ich gerade), und einen OPA691 mit
>G=+2 als ADC Buffer und DC-Shift. ADC ist ein AD831.

>Ich mache mir momentan Gedanken ...

Das ist gut.

Ich habe mir schon einige Gedanken gemacht -- wie auch viele andere.

Eingangsteiler:

Die allg. Meinung ist wohl, Reed-Relais zu benutzen. Insbesondere weil 
sie auch höhere Einganspsannung verkraften. Sie haben natürlich ein paar 
pF Kapazität -- die billigen von Reichelt 0.2pF Kontakt/Kontakt, und 2pF 
zur Spule. Damit kann man wohl leben -- siehe Kompensierter 
Spannungsteiler usw. Es gibt natürlich auch bessere Relais.

Verstärker:

OPA656/657 ist beliebt -- ich wüsste auch keine wirkliche Alternative. 
Mit Transistoren würde ich die Eingansstufe ungerne aufbauen.

Die Umschaltung der Verstärkung kann man im Prinzip auch mit Reed-Relais 
machen. Ich habe mir dazu schon dutzende Bildchen aufgemalt. Man muss 
schon aufpassen mit den Kapazitäten. Aber geht schon.

Ich  gehe mal davon aus Du willst mit den Projekt nicht das dicke Geld 
machen, daher von mir ein kostenloser Tipp: Guck Dir mal den OPA875 an! 
Bis vor kurzem wollte ich auch Reed-Relais verwenden, aber der ist schon 
nicht schlecht. Ich muss mir allerdings noch mal das Datenblatt genau 
ansehen.

Gruß

Stefan Salewski

Autor: Manuel Kampert (manuel1139)
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Danke :-) Geld verdienen will ich damit nicht. Ich befürchte das wird 
meinen Geldbeutel wie immer eher belasten.

Der OPA875 sieht echt gut aus. Habe zwar gelesen das diese Video-Amps 
nicht für DC geeignet sind - das scheint aber hier wohl nicht der Fall 
zu sein. Zumindest steht unter Applications auch ADC MUX.

Einen Buffer am ADC braucht man wohl dennoch. Irgendwie muss man ja den 
DC-Offset einstellen. Das geht wohl mit dem 875er nicht.

Ich hab mal folgendes in Excel eingegeben:
div    range       atten   x     mux   buffer+dc offs.   adc range

0,01  -0,05  0,05  1       5,00  2,00  2     -1,00  1,00
0,02  -0,10  0,10  1       2,50  2,00  2     -1,00  1,00
0,05  -0,25  0,25  1       1,00  2,00  2     -1,00  1,00
0,10  -0,50  0,50  10,00   5,00  2,00  2     -1,00  1,00
0,20  -1,00  1,00  10,00   2,50  2,00  2     -1,00  1,00
0,50  -2,50  2,50  10,00   1,00  2,00  2     -1,00  1,00
1,00  -5,00  5,00  100,00  5,00  2,00  2     -1,00  1,00
2,00 -10,00  10,00 100,00  2,50  2,00  2     -1,00  1,00
5,00 -25,00  25,00 100,00  1,00  2,00  2     -1,00  1,00

Also braucht man vor dem Mux einmal 5x, einmal 2x und einmal ohne 1x. 
D.h. wenn ich nichts übersehen habe dann 2x 875er oder 1x bypass Relais.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Datenblatt Seite 11:
The OPA875 offers excellent DC signal accuracy.

Ich habe das Datenblatt zwar noch nicht vollständig gelesen, aber obiges 
sieht doch gut aus.

Offset:

Was man genau braucht variiert natürlich je nach Anwendungsfall.
Für den Offset würde ich vor dem ADC einen als Addierer beschalteten 
Invertierenden OP einsetzen. So ist die Offset-Addition am einfachsten, 
die Signalinvertierung stört ja nicht. (Man könnte natürlich auch einen 
weniger gebräuchlichen nichtinvertierenden Addierer verwenden.)

Die OPA875 machen ja je Verstärkung 2, an die Eingänge könnte man 
jeweils einmal das Signal direkt und einmal mit Spannungsteiler auf 1/2 
bzw. 1/2.5 abgeschwächt legen. Als Addierer und evtl. für weitere 
Verstärkung käme etwas OPA820 in frage. Man kann natürlich optional auch 
noch einen Verstärker +10 einschleifen (z.B. OPA846), evtl. könnte man 
auch die stromrückgekoppelten OPA695 benutzen, sie werden ja im 
Datenblatt des OPA875 verwendet.

Kommt eben darauf an welchen Messbereich man erfassen will und wie groß 
die Signalamplitude für den ADC sein muss -- und wie teuer/aufwendig das 
ganze sein soll.

Gruß

Stefan Salewski

Autor: Manuel Kampert (manuel1139)
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Würde eigentlich etwas gegen den TS5A3357 sprechen? Der hat 330MHZ 
Bandwith... Ich würde irgendwie gerne so wenig wie möglich Komponenten 
von Koax-Eingang bis zum ADC verwenden.

Wenn ich mehrere OpAmps hintereinander schalte, wie wirkt sich das auf 
die Bandbreite aus?

Sprich: Wenn ich 3x OPA656 mix 2x hintereinander schalte bekomme ich 8x 
Verstärkung. Wenn ich nur einen OPA656 mit 8x benutze?

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Würde eigentlich etwas gegen den TS5A3357 sprechen? Der hat 330MHZ
>Bandwith... Ich würde irgendwie gerne so wenig wie möglich Komponenten
>von Koax-Eingang bis zum ADC verwenden.

TS5A3357 kenne ich nicht, werde ich mir demnächst mal ansehen.

Wenig Komponenten ist natürlich immer gut.

>Wenn ich mehrere OpAmps hintereinander schalte, wie wirkt sich das auf
>die Bandbreite aus?

Steht eigentlich in jedem Elektronikbuch.
Grob gesagt hat jeder Verstärker Tiefpassverhalten, und man schaltet 
dann eben mehrere Tiefpässe hintereinander -- was eher unerwünscht ist.

>Sprich: Wenn ich 3x OPA656 mix 2x hintereinander schalte bekomme ich 8x
>Verstärkung. Wenn ich nur einen OPA656 mit 8x benutze?

Ich gehe mal davon aus Du willst 100MHz obere Grenzfrequenz haben.
Bei einem normalen, spannungsrückgekoppelten OP, der bei Verstärkung 1 
stabil ist (etwas OPA820) fällt die Bandbreite bei hoher Verstärkung 
stark ab, Stichwort Verstärkungsbandbreiteprodukt. Wenn man hohe 
Verstärkung bei hoher oberer Grenzfrequenz will, wird man daher OPs 
nehmen, die nur für hohe Verstärkung kompensiert/stabil sind (wie OPA846 
847) oder feste Verstärkung haben (etwa THS4303). Oder evtl. einen 
stromrückgekoppelten OP wie OPA695, bei dem fällt die obere 
Grenzfrequenz auch bei hoher Verstärkung wenig ab, aber diese Typen 
haben andere, manchmal unangenehme eigenschaften (soweit ich mich 
erinnere sind beide Eingänge niederohmig -- ich habe mich um diese 
bisher immer herumgedrückt.)

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Stefan Salewski schrieb:
>Für den Offset würde ich vor dem ADC einen als Addierer beschalteten
>Invertierenden OP einsetzen. So ist die Offset-Addition am einfachsten,
>die Signalinvertierung stört ja nicht.

Zurück! In meinem Aufbau stört die Signalinversion durch einen 
invertierenden OP nicht. Insbesondere weil ich eh +-5V 
Versorgungsspannung verwende und somit keine Einschränkungen habe.

Wenn man mit einer einfachen Spannungsversorgung (etwa 0 und 5V) 
auskommen möchte, sieht das schon anders aus, da kann man sein Signal 
nicht mal eben so einfach invertieren.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Würde eigentlich etwas gegen den TS5A3357 sprechen?

Ja doch, dessen Datenblatt hatte ich vor längerer Zeit schon mal 
überflogen. Das ist ein recht gewöhnlicher Analogschalter/Multiplexer.

Seine Übertragungsfunktion geht ab 100MHz doch schon deutlich in den 
Keller, er hat recht hohe Kapazitäten an den analogen Ein- und 
Ausgängen. Da ist mir ein Reed-Relay doch lieber.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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@Manuel Kampert
Was ich gestern  noch vergessen hatte:

Wenn Du viele Pfade mit unterschiedlicher Verstärkung parallel schalten 
willst, könnte auch der dem OPA875 ähnliche OPA4872 für Dich geeignet 
sein.
Allerdings bekommt man den bei Digi-Key nur in 50 Stück Paketen.

Ich tendiere aber eh mehr dazu, zwei (evtl. auch drei) OPA875 
hintereinander zu schalten. Man hat dann durch diese zwar mehrere 
Tiefpässe hintereinander, aber wegen deren sehr hoher Grenzfrequenz 
stört das wenig.

Es gibt viele Möglichkeiten...

Autor: manuel (Gast)
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Ich sehe schon. DIE optimale Lösung scheint es nicht zu geben - dafür 
aber viele mit Kompromiss.

Ich denkte ich werd das Projekt in 3 Teile zerlegen (Attenuator, 
Verstärker, ADC) und versuchen die Komponenten unabhängig voneinander zu 
optimieren. Einmal komplett wird das glaub ich nie was. Mal davon 
abgesehen das das Projekt eh 1 Nummer zu groß für mich ist :-).

Ich hab mich jetzt entschieden erstmal den mittleren Teil von 
http://area26.no-ip.org/images/adc_v1/middle.png nachzubauen. Der 
Schalter scheint ganz brauchbar.

Mal sehen was dabei heraus kommt. Den OPA875 werd ich mir auf jeden Fall 
auch mal besorgen und testen.

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