Signal begrenzen

[Caligula (Gast)]

Hallo!

Ich habe da mal eine Frage:

Ich möchte das beigefügte periodische Rechtecksignal verstärken (nur 
qualitativ dargestellt, um die Amplituden zu zeigen). Es geht darum, den 
grün eingekreisten Teil mittels OP-Schaltung auf etwa 50mV zu verstärken 
(also Verstärkung ca. Faktor 25). Problem dabei ist jetzt aber, dass der 
Signalanteil mit der höheren Amplitude dann auf etwa 2,5V verstärkt 
werden würde - denn der am Ende anschließende AD-Wandler verträgt nur 
Amplituden von maximal 1V.

Meine Idee war jetzt folgende: Den Operationsverstärker nur mit 5V 
betreiben und Signal 125-fach (Frequenz ist maximal 20kHz, müsste der OP 
hinbekommen) verstärken. Mein "grünes" Signal würde so bei 250mV liegen, 
während der nutzlose Teil des Signals in die Sättigung fährt und unter 
5V bleibt. Dann das resultierende Signal per Spannungsteiler 1:4 
abgreifen. Ergebnis: Nutzsignal 50mV, maximale Amplitude des nutzlosen 
Signalanteils 1V.

Da ich aber Anfänger bin, frage ich lieber mal nach!
Macht das so Sinn, oder gäbe es einfachere / elegantere 
Lösungsmöglichkeiten?

Gruß,
Caligula

[Stefan Salewski (Gast)]

Art Of Electronics, Seite 221:

http://books.google.de/books?id=bkOMDgwFA28C&printsec=frontcover&dq=art+of+electronics&sig=-UrswKJ-O03KxBY7nKvMSilsZUg#PPA221,M1

"Active Clamp" wäre das Stichwort.

Es gibt auch spezielle OPs mit einstellbarer Begrenzung der 
Ausgangsspannung,  "Voltage limiting Amplifiers" oder so, z.B. von 
BurrBrown/TI (OPA688).

Deine Methode über die Versorgungsspannung geht prinzipiell auch, nur 
ist die Begrenzung nicht sehr scharf definiert, und man muss aufpassen, 
dass die Eingangsspannung des OP nicht größer als zulässig werden darf.

Schwieriger wird es, wenn man auch bei hohen Frequenzen 
(Megahertz-Bereich) eine saubere Begrenzung haben will.

[HildeK (Gast)]

Es gibt hierzu sicherlich mehrere Möglichkeiten.
Deine Idee hat den Nachteil, dass sie ein 20-KHz-Signal um den Faktor 
125 verstärken muss. Da muss der OPAmp 2,5MHz GBW haben und da es 
Rechtecksignale sind, sogar 10-20 MHz.

Man könnte auch um den Faktor 25 verstärken und dann mit einem R und 
zwei antiparallelen Dioden die Ausgangsspannung begrenzen. Die hohen 
Amplitudenteile wären dann bei 0.7V, die niederen unverändert.

Das gibt es auch aktiv, wie in anhängendem Bild. R1/R2 ist die 
Verstärkung für den kleinen Signalanteil, der große wird über die Dioden 
begrenzt.

Das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt muss nur noch 500kHz betragen, bei 
Rechtecksignalen allerdings auch  3 ... 5 MHz. TL072 könnte gerade so 
noch gehen.

[Caligula (Gast)]

Vielen Dank, da sind ein paar sehr interessante Sachen dabei, die ich 
mir jetzt mal genauer anschauen werde. Insbesondere die antiparallelen 
Dioden gefallen mir ganz gut, danke aber auch für den Tipp mit den 
speziellen OP's!