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Hallo,
ich habe folgende Schaltung vorliegen (s.u.), die ich aber nicht ganz verstehe. An Vin liegt ein 40kHz Sinus. Im Prinzip ja ein nichtinvertierender Verstärker. Ich habe mir sagen lassen, die "Tiefpass-Beschaltung" wäre dazu da, um Schwingungen des OPV oberhalb von 80 kHz zu verhindern.
Wie komme ich auf die Grenzfrequenz und wieso sind C5 und C6 so dimensioniert, wie sie sind?




Ne Formel dafür wäre echt super! Ich hoffe ihr könnte mir auch am 1. Mai helfen, ich stehe echt auf dem Schlauch

Gruß
Mark

» Ich habe mir sagen lassen, die
» "Tiefpass-Beschaltung" wäre dazu da, um Schwingungen des OPV oberhalb von
» 80 kHz zu verhindern.

Ja, wobei sie beim LM358 überflüssig sein sollte, der ist Unity Gain Stable. Und bei deiner speziellen Schaltung wird diese Eigenschaft noch nicht mal voll ausgeschöpft.

Ansonsten lies dich ein:

http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf

Hallo Mark2211,

» ich habe folgende Schaltung vorliegen (s.u.), die ich aber nicht ganz
» verstehe. An Vin liegt ein 40kHz Sinus. Im Prinzip ja ein
» nichtinvertierender Verstärker. Ich habe mir sagen lassen, die
» "Tiefpass-Beschaltung" wäre dazu da, um Schwingungen des OPV oberhalb von
» 80 kHz zu verhindern.

Das nimmt mich auch wunder, wieso das ein Schwingen bei 80 kHz verhindern soll, weil ich habe rasch das R7C6-Tiefpassfilter nachgerechnet. Die Tiefpass-Grenzfrequenz liegt bei 159 kHz, wie ich ausgerechnet habe.

Die Grenzfrequenz des Opamp LM358 liegt, wie beim grossen Bruder LM324, bei Einheitsverstärkung (Gain=1) bei 1 MHz. Hier, weil Gain = 2, beträgt die Grenzfrequenz noch immer 500 kHz, hauptsaechliche gegeben durch die interne Frequenzgang-Kompensation, die diesen Opamp, wie bereits XY andeutete, unitygainstable (Gain=1 stabil) macht.

Durch diese 500 kHz ist die effektive Grenzfrequenz etwas niedriger als die 159 kHz, aber niemals nur oder weniger als 80 kHz. Und das heisst, ein Quasi-Sinussignal auf 40 kHz mit einem kleinen Anteil mit 80 kHz, wird dieser Anteil nicht nennenswert bedämpft.

Oszillieren bringst Du diesen Opamp eigentlich nur, wenn Du ihn am Ausgang direkt mit zuviel Kapazitaet belastest. Ein langes abgschirmtes Kabel könnte das verursachen. In diesem Fall, in Serie zum Ausgang ein Widerstand von wenigen 100 Ohm schalten. Man muss so etwas ausprobieren! Dabei hilft nur grad ein Kondensator im Gegenkopplungspfad meist nicht.

Es gibt für dieses Problem allerdings einen speziellen Trick, den man als Lead-Kompensation bezeichnet. Mehr dazu liest Du hier:
"Operationsverstärker II: Die Gain- und DC-Offsetabstimmung und die kapazitive Belastung (Lead-Kompensation)"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa2.htm
Siehe Kapitel "Die kapazitive Last am Ausgang des Opamp (Lead-Kompensation)" mit Bild 9

So und jetzt zum Hochpassfilter aus R8 und C5 mit einer neidrigen Grenzfrequenz von 7.23 Hz. Daraus schliesse ich, dass die Schaltung eine Single-Supply-Anwendung ist, was aber nur dann funktioniert, wenn der 40-kHz-Sinusspannung die halbe Betriebsspannung als Arbeitspunkt-Spannung überlagert ist.

» Wie komme ich auf die Grenzfrequenz und wieso sind C5 und C6 so
» dimensioniert, wie sie sind?

Zuerst musst Du verstehen, woraus der passive Hoch- und Tiefpass berechnet wird. Zuständig fuer den Hochpass ist alleine R7 und C16 und fuer den Tiefpass alleine R8 und C5.

Warum? Ganz einfach, der invertierende Opamp-Eingang hat stets die virtuelle Spannung die dem Wert der Spannung am nichtinv. Eingang entspricht. Das bedeutet, dass der invertierende Eingang des Opamp regelungstechnisch auf einen sehr niederohmigen Wert, oft praktisch Null Ohm, gesetzt wird. Das trennt die widerstands- bzw. impedanzseitige Betrachtung zwischen der Seite links und rechts von der "virtuellen Mauer".

Die Formeln fuer diese einfachen passiven Hoch- und Tiefpässe sind ganz einfach: f = 1 / (2 * PI * R *C)

Ich habe mal einen Elektronik-Minikurs gschrieben, der die Rauschminimierung mittels Begrenzung des Frequenzbandes (Tiefpassfilterung) beschreibt. Da gibts mit Bild 7 eine Situation mittels Filteraufspittung (R2 mit C1 und R5 mit C2), zu der die genau selbe Betrachtung gilt, wie ich eben beschrieben habe:
"Rauschdämpfung mit Tiefpassfilter"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/noise1.htm
Kapitel "Filter gleich im Verstärker implementiert".

» Ne Formel dafür wäre echt super! Ich hoffe ihr könnte mir auch am 1. Mai
» helfen, ich stehe echt auf dem Schlauch

Am 1. Mai, an dem man sich erst recht an die sozialen Pflichten erinnern sollte, erst recht, Genosse Mark2211.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Spitzenmäßig ihr zwei, danke!

Die Erklärungen und Links haben mir echt weiter geholfen. Die Grenzfrequenz von 159 kHz hatte ich auch schon berechnet und da mir ausdrücklich 80 kHz gesagt wurde, machte mich das nen bisschen stutzig.... Muss den Vater dieser Idee noch mal drauf ansprechen

Hier nochmal neu gezeichnet:


Dh also: Ich müsste beim Tiefpass den R2 mit 200k annehmen, dann käme ich auf knappe 80 kHz Grenzfrequenz.

Den C1 würde ich dann auf 100n setzen. Noch niedriger und der Blindwiderstand würde ja immer größer.

Bei der Verstärkung der Schaltung muss ich die Blindwiderstände der Kondensatoren mit einbeziehen, richtig?! (C1 kann ich vernachlässigen)

Vu = 1 + Z2 /(R1||Rx1||Rx2||Rx3)

Die Widerstände Rxn sind absichtlich drin Ich möchte diese mit meinem uC aktiv / inaktiv schalten, um die Verstärkung einstellen zu können. Elektrisch liegen die näherungsweise parallel zum R1.
Der R1 ist so groß, weil ich bei "deaktivierter Verstärkung" auch eine minimale Verstärkung möchte.

Also könnte die Verstärkung rein rechnerisch zwischen min. Vu = 1,2 und max. 17,9 variieren.

Stimmt das so weit?

» Hier nochmal neu gezeichnet:
»
»
» Dh also: Ich müsste beim Tiefpass den R2 mit 200k annehmen, dann käme ich
» auf knappe 80 kHz Grenzfrequenz.

Ja, aber besser wäre R2 = 100k und C2 = 20 pF (Normwert = 22 pF)

Wenn Du C2 zu klein machst, verfälschen all zu leicht parasitäre Kapazitäten.

»
» Den C1 würde ich dann auf 100n setzen.

In dem Fall ein lassen.

» Noch niedriger und der
» Blindwiderstand würde ja immer größer.

Darauf kommt es nicht an. Was zählt ist die Grenzfrequenz, wie im letzten Posting beschrieben.

Aber etwas anderes ist grundsaetzlich richtig, falls Du das damit andeutest: Eine Schaltung ist um so störunempfindliches je niedriger die Gesamt-Impedanz ist.

» Bei der Verstärkung der Schaltung muss ich die Blindwiderstände der
» Kondensatoren mit einbeziehen, richtig?! (C1 kann ich vernachlässigen)
»
» Vu = 1 + Z2 /(R1||Rx1||Rx2||Rx3)

Die nutzbare Verstärkung liegt im linearen Bereich, also oberhalb der minimalen Frequenz, wo der Blindwiderstand von C1 so niedrig ist im Verhaeltnis der in serie geschalteten Widerstaende, dass dieser nicht von Blang ist.

Wichtig ist einzig die Grenzfrequenz (siehe letztes Posting). Die steuerst Du mit den parallel dazu geschalteten Wid.

» Die Widerstände Rxn sind absichtlich drin Ich möchte diese mit meinem
» uC aktiv / inaktiv schalten, um die Verstärkung einstellen zu können.
» Elektrisch liegen die näherungsweise parallel zum R1.
» Der R1 ist so groß, weil ich bei "deaktivierter Verstärkung" auch eine
» minimale Verstärkung möchte.

Die Verstärkung kann minimal 1 werden. Dann namlich wenn R1 = unendlich.


» Also könnte die Verstärkung rein rechnerisch zwischen min. Vu = 1,2 und
» max. 17,9 variieren.
»
» Stimmt das so weit?

Sorry, aber das nachzuprüfen habe ich jetzt keine Zeit und wie gesagt, wenn Du den Blindwiderstand in die Verstaerkung mit einbeziehen willst, musst Du auch die Frequenz definieren, - falls dies wriklich von Belang ist.

Vieleicht habe ich morgen wieder mehr Zeit und sonst, musst Dir halt noch jemand anders weiterhelfen.

Aber jetzt noch was ganz anderes, was soll eigentlich das Spielchen im selben Thread unterschiedliche Nicknamen zu benutzen? Man sollte im Prinzip ordnungshalber den selben Nickname im Forum beibehalten. Einfach nur ein Tipp meinerseits.

--
Gruss
Thomas

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» »[...]R2 mit 200k annehmen, dann käme ich
» » auf knappe 80 kHz Grenzfrequenz.

» Ja, aber besser wäre R2 = 100k und C2 = 20 pF (Normwert = 22 pF)
» Wenn Du C2 zu klein machst, verfälschen all zu leicht parasitäre Kapazitäten.
das stimmt wohl. ok

» » Den C1 würde ich dann auf 100n setzen.
» In dem Fall ein lassen.
Was meinst du damit?

» » Bei der Verstärkung der Schaltung muss ich die Blindwiderstände der
» » Kondensatoren mit einbeziehen, richtig?! (C1 kann ich vernachlässigen)
» »
» » Vu = 1 + Z2 /(R1||Rx1||Rx2||Rx3)

» Die nutzbare Verstärkung liegt im linearen Bereich, also oberhalb der
» minimalen Frequenz, wo der Blindwiderstand von C1 so niedrig ist im
» Verhaeltnis der in serie geschalteten Widerstaende, dass dieser nicht von
» Blang ist.

Deshalb ja 'vernachlässigen'

» » Der R1 ist so groß, weil ich bei "deaktivierter Verstärkung" auch eine
» » minimale Verstärkung möchte.
»
» Die Verstärkung kann minimal 1 werden. Dann namlich wenn R1 = unendlich.

Das ist mir klar. Könnte ich denn in dem Fall, in dem ich 'keine Verstärkung' wünsche (also ca. 1), den Anschluss des inv. Eingangs einfach gegen nen hochohmigen uC- Ausgang schalten? Dann könnte ich mir den 1 MegOhm ja sparen.


» [...] wenn Du den Blindwiderstand in die Verstaerkung mit einbeziehen willst,
» musst Du auch die Frequenz definieren, - falls dies wriklich von Belang
» ist.

Also mein zu verstärkendes Signal hat eine fixe Frequenz von 40 kHz. Die Grenzfrequenz des Hochpasses wird natürlich schwanken, wenn ich die Verstärkung anhand der Widerstände anpasse

» Aber jetzt noch was ganz anderes, was soll eigentlich das Spielchen im
» selben Thread unterschiedliche Nicknamen zu benutzen? Man sollte im
» Prinzip ordnungshalber den selben Nickname im Forum beibehalten. Einfach
» nur ein Tipp meinerseits.

Das war auch keine Absicht. Das ist wohl der Name eines Kollegen, der noch gespeichert war. Hatte gar nicht drauf geachtet. Sorry

» » »[...]R2 mit 200k annehmen, dann käme ich
» » » auf knappe 80 kHz Grenzfrequenz.
»
» » Ja, aber besser wäre R2 = 100k und C2 = 20 pF (Normwert = 22 pF)
» » Wenn Du C2 zu klein machst, verfälschen all zu leicht parasitäre
» Kapazitäten.
» das stimmt wohl. ok
»
» » » Den C1 würde ich dann auf 100n setzen.
» » In dem Fall ein lassen.
» Was meinst du damit?

Den alten Wert mit 220 nF bleiben lassen. Aber jetzt mal andersrum:

» Also mein zu verstärkendes Signal hat eine fixe Frequenz von 40 kHz. Die
» Grenzfrequenz des Hochpasses wird natürlich schwanken, wenn ich die
» Verstärkung anhand der Widerstände anpasse

Je niedriger dieser Widerstand ist, um so höher die Grenzfrequenz. Wähle fuer C1 einfach einen Wert, dass die Grenzfrequenz nicht höher wird, als etwa 1/10 der Frequenz von 40 kHz die Du übertraegst und verstärkst. Also maximal 4 kHz, besser weniger. Auf diese Weise wirkt sich der Scheinwiderstand des C1 nicht mehr nennenswert aus. Berechne die Frequenz einfach mit f = 1 / (2 * PI * R *C ).

So, ich hoffe Du hast es verstanden. Wenn noch nicht so ganz, so empfehle ich Dir nicht zu lange zu grübeln. Einfach mal mit einem Testboard und den Bauteilen Versuche anstellen. Das bringt Aha-Effekte.

--
Gruss
Thomas

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» So, ich hoffe Du hast es verstanden. Wenn noch nicht so ganz, so empfehle
» ich Dir nicht zu lange zu grübeln. Einfach mal mit einem Testboard und den
» Bauteilen Versuche anstellen. Das bringt Aha-Effekte.

Japp, vielen Dank Leider ist meine Zeit für Aha- Effekte rum und ich muss Ergebnisse liefern.
Aus Versuchen kenne ich "gute Bauteilwerte" für mein Projekt, aber die muss ich ja auch im theoretischen Teil begründen und rechnerisch belegen können.

Und das kann ich jetzt. Danke noch mal für die 1A Hilfe!

Gruß
Mark

» » So, ich hoffe Du hast es verstanden. Wenn noch nicht so ganz, so
» empfehle
» » ich Dir nicht zu lange zu grübeln. Einfach mal mit einem Testboard und
» den
» » Bauteilen Versuche anstellen. Das bringt Aha-Effekte.
»
» Japp, vielen Dank Leider ist meine Zeit für Aha- Effekte rum und ich
» muss Ergebnisse liefern.
» Aus Versuchen kenne ich "gute Bauteilwerte" für mein Projekt, aber die
» muss ich ja auch im theoretischen Teil begründen und rechnerisch belegen
» können.

Eigentlich sollten Theorie und Versuch immer Hand in Hand gehen. Nur ins Blaue hinaus experimentieren kann auch leicht in die Hosen gehen.

Hier wieder mal der passende Link dazu:
"Simulieren und Experimentieren, ein Vorwort von Jochen Zilg"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/vorwort.htm

--
Gruss
Thomas

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