Einfache OP-Verstärker-Schaltung funktioniert nicht

Hallo Leute,

mein mangelhaftes Wissen für die analoge Schaltungstechnik steht mir mal wieder im Weg. Ich stecke gerade fest und hoffe ich erhalte hier einen Tipp für die Fehlersuche.

Ich benötige eine Schaltung, die ein Audio-Ähnliches Signal (ca. 200 Hz bis ca. 5 kHz und 1V Amplidude) auf ca. +/- 20V bei einer Last von ca. 10 bis 20mA verstärkt. Das Ausgangssignal muss dazu noch vom Eingangssignal galvanisch entkoppelt sein.
Eigentlich ist das ganze kein Hexenwerk, bis auf die galvanische Trennung.
Mein Plan war ein DC/DC-Wandler (JCB3524D) der +/- 24V erzeugt und den OPA551 als Endstufe. Zur Entkopplung des Signals selbst habe ich eine Schaltung auf Basis des IL300 verwendet. So sieht das dann aus:

Anhang 23841

Es war noch eine optionale Clip-Detector-Schaltung geplant, die via X2 und X3 angeschlossen wird und rechts oben von mir geschwärzt wurde. Diese Schaltung würde das Ganze erst mal nur komplizierter machen, weshalb sie gar nicht angeschlossen ist.

Die Schaltung funktioniert fast. Aus der Versorgungsspannung werden saubere +/- 24V erzeugt, die Eingangsstufe inkl. der galvansichen Trennung des Signals funkioniert ebenfalls. Ich verwende zum Testen ein Sinus-Signal mit ca. 500 Hz und ca. 1V Amplitude. Leider gibt die Stufe N3 nur -22V (DC) aus. Die Nachfolgestufe N4 scheint wieder zu funktionieren, es wird +22V ausgegeben. Jeweils gemessen an Pin 6 mit dem Oszi.

Ich bilde mir ein, dass die Schaltung in den ersten Minuten funktioniert hat und ein passendes Ausganssignal zu messen war. Mit dem Oszi habe ich festgestellt, dass bis an Pin 3 von N3 das Signal passt. Der Sinus ist nur nicht genau in der Mitte, also auf Masse zu messen, sonder etwas darüber. Ich habe gerade nicht im Kopf wie hoch der DC-Offset ist. Eventuell ist das schon der Fehler. Ich bin mir nicht sicher, ob es vielleicht auch daran liegt das die ganze Stufe spinnt und deshalb der Eingang mit "hoch" gezogen wird.
Den N3 habe ich bereits getauscht, mit dem neuen IC hat die Schaltung genau das gleiche Verhalten.

Da ich mir eigentlich sicher bin, dass die Schaltung Anfangs funktioniert hat, kann es nur ein Fehler sein, der während des Betriebs passiert ist. Kurzschlüsse und Unterbrechungen habe ich schon Stundenlang ausgeschlossen. Mein Verdacht liegt am C9, eventuell hat der zuwenig Spannungsfestigkeit und ist durchgeschlagen. Ich glaube ich habe einen 35V-Typ verbaut. Welche Spannungsfestigkeit würdet ihr für die ganzen Elkos vorschlagen?

Wer kann mir Tipps geben, wie ich dem Fehler auf die Schliche komme? Ich kann auch gerne Bilder von gemessenen Oszi-Signalen hier einstellen, wenn es hilft.

Viele Grüße
Andreas

Hallo!

Zitat:

---

Zitat von Bumbum

Ich benötige eine Schaltung, die ein Audio-Ähnliches Signal (ca. 200 Hz bis ca. 5 kHz und 1V Amplidude) auf ca. +/- 20V bei einer Last von ca. 10 bis 20mA verstärkt. Das Ausgangssignal muss dazu noch vom Eingangssignal galvanisch entkoppelt sein.

---

Ich würde es einfach mit einem kleinem Trenntrafo (z.B. Übertrager http://www.reichelt.de/Trenntrafos/2...3564cbae4b630d ) am Eingang bzw. Ausgang eines geeigneten IC Audioverstärkers realisieren. ;)

Ob deine Schaltung so funktionieren würde weiß ich nicht. Ich habe schon mit dem IL300 gearbeitet. Vielleicht hilft dir das weiter https://www.roboternetz.de/community...ereich-bei-OPs


Was mit auffällt ist das du am Ausgang des IL300 keinen Spannungsteiler zwischen pos. bzw neg.Versorgungsspannung und GND hast. Bei mir ist es die Kombination vin IL300-Ausgang und dem 200k Widerstand. Könnte aber sein das es auch so wie bei dir funktioniert. Zum Testen kannst du es aber so aufbauen wie bei meiner Schaltung (diese funktioniert).

Ich hoffe das ich dir helfen konnte.

MfG Hannes

Hallo,

@PICture: Mit so einem Trenntrafo und noch einigen anderen in Kombination mit einem Audio-Verstärker habe ich es tatsächlich zuerst probiert. Leider war keine der Lösungen linear genug. Es gab immer Probleme bei den höheren Frequenzen, obwohl die Trafos eigentlich dafür ausgelegt sind. Und jetzt wollte ich nicht noch mehr Geld in Trenntrafos zum probieren stecken und mal einen anderen Lösungsweg versuchen.

@021aet04: Die Stufe nach dem IL300 (N2) wird bei mir schon mit +/- 12V versorgt, kommt vielleicht auf dem Schaltplan nicht sofort rüber. Der Spannungsteiler sollte also nicht notwendig sein. Oder täusche ich mich? Der Sinus ist auf jeden Fall überall schön zu messen. Wie er genau nach N2 aussieht habe ich gerade nicht im Kopf, aber ich glaube er war auf der 0V-Linie des Oszis.

Viele Grüße
Andreas

Ich glaube nicht das das funktioniert. Der Grund ist das der IL300 keine Spannung erzeugt sondern ein sich ändernder Widerstand (vereinfacht).

Du kannst ja einmal die "Sekundärseite" des IL300 so aufbauen wie in meiner Schaltung oder einfach nur einen Spannungsteiler (ohne OP). Nur mal zum Testen ob es so funktionieren würde.

MfG Hannes

hi,
hast du mal versucht den +eingang von n3 mit einem 100k..1M an masse zu legen ?
mfg
achim

Also ich würde vor R9 noch ein Koppel C einbauen. Zu den Ausgängen an der Pfostenleiste/Stecker hast du ja ein Koppel C. Auch der zweite Opamp soll ja an seinem Arbeitspunkt arbeiten und nur NF verstärken. Mit den Koppel C's macht man das übrigens auch bei reinen Transistorstufen.

http://www.elektronik-kompendium.de/...lt/0204302.htm

Gruß
schorsch

Guten Morgen,

der Hinweis von seite5 war der richtige. Mit diesem Widerstand (Ich habe 200k verwendet) kommt wieder der gewünschte Sinus am Ausgang. Vielen Dank dafür!

@schorch_76: Danke für den Hinweis, dass ist jetzt nicht so leicht umzusetzen, da ich für die Schaltung eine Platine habe anfertigen lassen. Ich werde es aber für die nächste Version auf jeden Fall mit einplanen. Sollte dann auch ein "Pull-Down" Widerstand zwischen Ausgang Koppel-C und Eingang OP?

Die Schaltung verstärkt jetzt fast Problemlos. Zwei Sorgenkinder habe ich noch:

1.: Nach anlegen der Betriebsspannung ist der Ausgang von N3: auf +20V und der von N4: auf -20V. (jeweils direkt an Pin 6 gemessen) Es dauert dann ca 5 bis 6 Sekunden, bis beide langsam auf 0V zurück gehen. Durch die Koppel-C's am Ausgang sollte das nicht sehr viel ausmachen, aber schön ist es nicht. In den ersten Sekunden kann somit auch kein Signal verstärkt werden. Woran könnte das liegen? Ich vermute am neu hinzugefügten 200k-Widerstand. Sollte ich diesen vielleicht verringern? Wie verhält es sich dann mit dem Verstärkungs-Faktor der Stufe? Ab hier streikt mein Grundwissen der analogen Schaltungstechnik komplett.

2.: Die aktuell maximale Ausgangsspannung liegt im moment bei ca. +/-15V. Ab dann fällt sie entweder fast zusammen und wird auf jeden Fall nicht mehr Sinusförmig. Ich bin noch am nachforschen, ob es an meinem Funktionsgenerator liegt, der nicht mehr der jüngste ist. Ich konnte das Problem auf jeden Fall schon ziemlich früh am Eingang feststellen, jedoch ist das Signal sehr schwer zu messen, da es sich ständig ändert, und ich immer erst am Ausgang messen muss ob es passt, und dann wieder am Eingang messen. Zum messen muss ich aber auch die Masse des Oszi umklemmen, was eine gewisse Zeit dauert.

Meine Idee diesen Fehler einzugrenzen war die Verstärkung der Stufe N3: zu erhöhen und es einfach mit einem niedrigeren Eingangssignal zu versuchen. Was ist davon zu halten? Oder sollte ich mal versuchen an P1 rumzustellen? Die genaue Funktion dieses Potis hat sich mir noch nicht erschlossen. Laut Bechreibung soll man damit den Verstärkungsfaktor der galvanischen Trennung auf genau 1 stellen können, was in meinem Fall ja eigentlich egal ist falls dieser nicht ganz passt.

@021at04: Deine Schaltung unterscheidet sich schon ein bisschen von meiner, vor allem was den sekundär-seitigen Teil betrifft. Bei deiner Schaltung ist es logisch, dass die von dir erwähnten Spannungs-Teiler Widerstände nötig sind.
Meine Schaltung habe ich auf Basis eines ELV-Bausatzes gebaut, ich denke das sollte eigentlich auch funktionieren. (von da habe ich auch die Beschreibung der Poti-Funktion)
Ich habe aber trotzdem mal versucht deine Idee umzusetzen, um eventuell das Problem mit meinem verfälschten Signal damit zu lösen. Ich habe einen 200k-Widerstand von IL300-Kathode auf +12V gelegt. Das hat aber keine Veränderung gebracht. Müsste ich jetzt auch noch einen Widerstand von Anode auf -12V legen? Dafür müsste ich verschiedene Leiterbahnen trennen, und das möchte ich nur tun wenn dadurch auch die Chance einer Verbesserung besteht.

Viele Grüße
Andreas

Zitat:

---

Zitat von Bumbum

@schorch_76: Danke für den Hinweis, dass ist jetzt nicht so leicht umzusetzen, da ich für die Schaltung eine Platine habe anfertigen lassen. Ich werde es aber für die nächste Version auf jeden Fall mit einplanen. Sollte dann auch ein "Pull-Down" Widerstand zwischen Ausgang Koppel-C und Eingang OP?

---

Nein muss nicht rein. Der Koppel C ist eben nur für Wechselspannung leitend. Die Arbeitspunkte der aufeinander folgenden Stufen, welche ja Gleichspannungen sind, beeinflussen sich so nicht mehr. Mit dem Pulldown würdest du daraus ein RC Glied machen.

Gruß
Georg

Damit die Schaltung schneller auf den Arbeitspunkt kommt können die Kondensatoren C9 und und C6 etwa kleiner werden. Statt C9 kleiner zu machen kann auch der zusätzliche 200 K Widerstand kleiner werden.

Die Verstärkung kann man über den Poti einstellen. Bei höheren Frequenzen wäre es besser die Widerstände R7 und R8 zu verändern: z.B. R8 auf etwa 3,3 K verkleinern, um die Verstärkung der Stufe von 2 fach auf 4 fach zu erhöhen. Es ist durchaus möglich das schon die maximale Amplitude am Eingang erreicht wird, und das mehr an Verstärkung benötigt wird.

Bei 5 kHz kann auch schon der LM358 als OP Verzerrungen (vor allem in der Nähe des Nulldurchganges) verursachen. Für die Sendeseite wäre ein TLC272 oder MCP6002 ein besserer Ersatz. Für die Ausgangsseite (N2) wäre ein MC1458 oder TL072 eine Verbesserung.

Guten Morgen,

danke für die Tips mit den OP's. Die kommen auf jeden Fall mal auf die Bestellliste.

R8 ist bereits 100 Ohm, ist vielleicht nicht ganz so sauber zu lesen. Die Verstärkung der Stufe ist somit mit R7 = 10k bereits auf Faktor 100 und nicht auf 2 wie von dir geschrieben. Oder verstehe ich gerade etwas nicht und wir reden von zwei verschiedenen Dingen?

Was würdest du für die Kondensatoren an Kapazität empfehlen? Wie gesagt fehlt mir hier die Erfahrung und das Wissen die Werte zu bestimmen, also habe ich geschätzt. Ich gehe von einer maximalen Frequenz von ca. 5kHz aus. Bis dahin sollte die Schaltung auf jeden Fall linear funktionieren. Aber um etwas Reserve zu haben wäre es gut, wenn das auch bis sagen wir 10kHz auf jeden Fall noch einigermassen linear funktioniert.

Viele Grüße
Andreas

Wenn die Verstärkung der 2. Stufe schon so hoch ist, dann sollte der Teil it der Übertragung noch nicht an die Grenzen der Aussteuerbarkeit kommen. Höher als 100 fach sollte man mit der Verstärkung in der Stufe nicht gehen - sonst leidet die Bandbreite.

Die Kondensatoren C6 und C9 legen die untere Grenzfrequenz fest. Wenn es da also ab 200 Hz los gehen soll, wäre eine Zeitkonstante ( = R*C) von rund 1-10 ms wohl angebracht. Als für C6 eher 100-500 nF statt 2,2 µF und für C9 dann eher 5-50 nF wenn der Widerstand nach GND bei 220 K bleibt. Vor allem C9 war wohl deutlich zu groß und für das langsame Einschwingen verantwortlich.

Die obere Grenzfrequenz wird durch C7 und C8 beeinflusst. Die Grenzfrequenz liegt dabei bei C8 genügend hoch (in Bereich 50 kHz). Wo die Grenze auf der Senderseite liegt ist nicht so leicht abzuschätzen, weil da der Optokoppler mit eingeht - das müsste aber auch noch reichen.

hallo,
die Grenzfrequenz für den RC-HP ergibt sich aus f=1/(2*Pi*R*C), wenn man den 1k vernachlässigt sind das etwa 1/10Hz für die Kombination aus 10u/220k, daraus folgt natürlich auch die extrem hohe
Einstelldauer des Arbeitspunktes.
Generell brauchen aufeinanderfolgende OPV's nicht durch C's entkoppelt zu werden, sofern der erste in der Kette in einem ordentlichen Arbeitspunkt betrieben wird und alle mit der selben power supply arbeiten.
mfg
Achim