MoinMoin. Ich bin grad dabei einen Verstärker für einen Ultraschallsensor zu "entwickeln". Schaltplan siehe angehängtes Bild. Dazu hab ich ein paar Fragen. 1. Die drei Widerstände für den Basisspannungsteiler an den einzelnen Stufen sind in der echten Schaltung jeweils ein 510KOhm Widerstand und ein 500KOhm 25Gangtrimmer. Wenn ich nun den Arbeitspunkt auf die halbe Betriebsspannung einstellen möchte, geht das bei der 2ten Stufe sehr sauber. Da habe ich fast eine ganze Umdrehung um mich um +-100mV um 6V zu bewegen. Bei der ersten Stufe "springt" er jedoch mit ner gefühlten 10tel Umdrehung von 6,2V auf 5,9V. Hat dafür evtl jemand eine Erklärung/Beseitigungsmöglichkeit? 2. Hier gehts mir um den Eingangswiderstand. Den Basisspannungsteilerwiderstand von 1MOhm habe ich gewählt, da ich irgendwo mal gelesen habe, der Querstrom soll etwa das 10fache des Eingangsstroms sein. Der Eingangsstrom lag in der Simulation immer um und bei 1µA. 1MOhm an 12V weniger n bischen wat für die Basis macht übern Daumen etwas über 10uA(naja eher knapp unter 12). Dieser hat sich in der Simulation nicht großartig geändert, egal ob der Querstrom nun 10, 100, oder gar 1000µA betrug. Die Eingangsquelle hab ich mit nem Ri von 100KOhm simuliert und einen Sinus von 35KHz mit einer Scheitelspannung von 100mV ausgeben lassen. Diese Spannung bricht am Verstärker auf ca 8mV Scheitelspannung ein. 8mV von 100mV sind 8%. Wenn man das ganze nun als Reihenschaltung von Ri(Spannungsquelle) und Ri(Verstärker) auffast, machen 8% des Gesamtwiderstands Ri(Verstärker) und 92% Ri(Spannungsquelle) aus. 100/92*100=108,7 --> 108,7-100=8,7. Ist das richtig, das der Eingangswiderstand 8,7KOhm beträgt? Oder berechnet der sich ganz anders? Und hab ich über den Querstrom oder über den Kollektorwiderstand einen größeren Einfluss auf den Ri? 3. In der Simulation bricht die Spannung am Ausgang anfangs immer ein, wenn ich "schlagartig" einen Ton an dein Eingang lege. (Schlagartig im Sinne von "Erst Stille --> Sinus"). Ist sinnvoll, hiergegen noch einen Emitterfolger zwischen die Stufen zu schalten? Erhöht dieser den Ri auch? Oder liegt der schon "zu weit weg" vom Eingang? 4. Eigentlich die wichtigste :D Weiß zufällig jemand von euch, in welcher Größenordnung der Widerstand von so einem Piezoultraschallpiepser liegt? Oder streut das so weit, das man das nicht sagen kann? Ein richtiges Datenblatt konnte ich für meinen bisher nicht finden. 0D24K2 steht drauf... Vielen Dank im voraus und mit freundlichen Grüßen Chaos
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J. T. schrieb: > Weiß zufällig jemand von euch, in > welcher Größenordnung der Widerstand von so einem > Piezoultraschallpiepser liegt? Die Dinger sind sehr hochohmig. Am besten machst du mit einem FET-Impedanzwandler den Piezo erstmal niederohmig ( wie in einer Elektretkapsel) und schickst sie dann auf eine funktionierende Verstärkerstufe. Deine Emitterschaltung krankt an 2 Dingen. Zum einen verlangst du dadurch, das der Emitter direkt auf Masse liegst, eine theoretische unendliche Verstärkung und zum zweiten erzeugst du eine Basisvorspannung, die sich überhaupt nicht am Arbeitspunkt des Transistors orientiert. Das erste Problem kannst du mit einem Widerstand im Emitterkreis beheben, den du für hohe AC Verstärkung auch mit einem Kondensator überbrücken kannst, das zweite Problem mit einem von der Kollektorspannung abhängigen Arbeitspunkt, der den Transistor automatisch stabilisiert. Das kann einfach mit einem z.B. 100k Widerstand zwischen Kollektor und Basis passieren. Steigt dann die Spannung am Kollektor, leitet der Transistor mehr durch mehr Basisstrom, damit sinkt automatisch die Kollektorspannung wieder - voilà - Autostabilisierung. http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204302.htm https://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen
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Matthias S. schrieb: > J. T. schrieb: >> Weiß zufällig jemand von euch, in >> welcher Größenordnung der Widerstand von so einem >> Piezoultraschallpiepser liegt? > > Die Dinger sind sehr hochohmig. Am besten machst du mit einem > FET-Impedanzwandler den Piezo erstmal niederohmig ( wie in einer > Elektretkapsel) und schickst sie dann auf eine funktionierende > Verstärkerstufe. Danke erstmal dafür. In der Schaltung haben die Gegenkopplungswiderstände gefehlt. Hab ich auch erst gesehen, nachdem du deinen Beitrag schriebst. Ich habe jetzt mal jeweils 10 Ohm zum Gegenkoppeln in der Simulation eingefügt.(In der echten Schaltung hab ich sie drin). Mit ihnen hat sich auch Frage 3 geklärt. Sind denn meine Überlegungen zum Eingangswiderstand wenigstens richtig? So ganz kann das nicht stimmen. Ich hab spasseshalber mal eine 2 gleiche Spannungsquelle an nen 8.7KOhm Widerstand gehängt, die Amplitude stimmt zwar, aber es ist eine geschätzte Phasendrehung von 90° vorhanden.(Evtl auch n paar Grad weniger) P.S. Noch einmal das richtige Bild. Einmal mit Spannungsfolger zwischen den Stufen, einmal ohne
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J. T. schrieb: > 1. [..] Bei der ersten Stufe "springt" er jedoch mit > ner gefühlten 10tel Umdrehung von 6,2V auf 5,9V. Hat > dafür evtl jemand eine Erklärung/Beseitigungsmöglichkeit? Weder - noch. Ich kenne den Effekt aber aus meiner Polytronic-Bastelzeit. Da Du keinerlei Gegenkopplung in den Stufen hast, wird die Stabilität des Ruhepunktes ohnehin nur mäßig sein (--> Temperaturdrift). > 2. Hier gehts mir um den Eingangswiderstand. Den > Basisspannungsteilerwiderstand von 1MOhm habe ich gewählt, > da ich irgendwo mal gelesen habe, der Querstrom soll etwa > das 10fache des Eingangsstroms sein. Der Eingangsstrom lag > in der Simulation immer um und bei 1µA. 1MOhm an 12V weniger > n bischen wat für die Basis macht übern Daumen etwas über > 10uA(naja eher knapp unter 12). Rechnerisch soweit richtig. > Dieser hat sich in der Simulation nicht großartig geändert, > egal ob der Querstrom nun 10, 100, oder gar 1000µA betrug. Auch richtig. Das liegt einfach daran, dass der Basis-Ruhestrom vom Kollektor-Ruhestrom und der Stromverstärkung bestimmt wird. > [...] Wenn man das ganze nun als Reihenschaltung von > Ri(Spannungsquelle) und Ri(Verstärker) auffast, machen > 8% des Gesamtwiderstands Ri(Verstärker) und 92% Ri > (Spannungsquelle) aus. 100/92*100=108,7 --> 108,7-100=8,7. > Ist das richtig, das der Eingangswiderstand 8,7KOhm beträgt? Die Größenordnung kommt hin, ja. > Oder berechnet der sich ganz anders? Man kann das auch über die Transistorgleichungen berechnen, aber das ist ja wurscht: Deine Überlegung ist zwar etwas vereinfacht, aber grundsätzlich richtig. > Und hab ich über den Querstrom oder über den Kollektor- > widerstand einen größeren Einfluss auf den Ri? Weder - noch. Den größten Einfluss hast Du über den EMITTERwiderstand. Fang mal mit 500 Ohm an - sehen Sie - staunen Sie...! > > 3. [...] Ist sinnvoll, hiergegen noch einen Emitterfolger > zwischen die Stufen zu schalten? Kann man machen; ich würde jedoch erstmal beide Stufen lokal gegenkoppeln (--> Emitterwiderstand). Das hat praktisch nur Vorteile. > Erhöht dieser den Ri auch? Nein. > Oder liegt der schon "zu weit weg" vom Eingang? Ja. > 4. Eigentlich die wichtigste :D Weiß zufällig jemand von > euch, in welcher Größenordnung der Widerstand von so einem > Piezoultraschallpiepser liegt? Widerstand? Gigaohm. :) - Nee, im Ernst, das sind ja Kapazitäten. Der wirksame Innenwiderstand hängt somit von der Betriebsfrequenz ab. Die Kapazität sollte eigentlich irgendwo im DaBla stehen... ?!
J. T. schrieb: > Ich habe jetzt mal jeweils 10 Ohm zum > Gegenkoppeln in der Simulation eingefügt. Das ist allerdings nur ein Spass - manchmal frage ich mich, wofür es die Grundlagenseiten gibt. Du probierst mit diesem krassen Missverhältnis zwischen Emitter- und Kollektorwiderstand immer noch, mehr Verstärkung aus den Transistoren rauszuholen, als sie überhaupt können. J. T. schrieb: > Sind denn meine Überlegungen zum Eingangswiderstand wenigstens richtig? Nö. Du schliesst mit 61k ab, während die Piezos mit 1-2 MOhm viel besser arbeiten würden. Mit dem niedrigen Eingangswiderstand dämpfst du die Schallwandler sehr stark ab. Noch ein Tipp - nimm Werte der Normreihe und verlasse dich nicht nur auf die Simulation, sondern schau auch mal existierende Verstärkerstufen an. http://sound.westhost.com hat da sicher was im Angebot.
J. T. schrieb: > Sind denn meine Überlegungen zum Eingangswiderstand > wenigstens richtig? Wie im andern Beitrag schon gesagt: Im Prinzip ja. > So ganz kann das nicht stimmen. Ich hab spasseshalber > mal eine 2 gleiche Spannungsquelle an nen 8.7KOhm > Widerstand gehängt, die Amplitude stimmt zwar, aber es > ist eine geschätzte Phasendrehung von 90° vorhanden. > (Evtl auch n paar Grad weniger) Na so ein Zufall :) Da wird der Miller-Effekt zuschlagen, d.h. die kapazitive Rückwirkung vom Kollektor auf die Basis.
J. T. schrieb: > Sind denn meine Überlegungen zum Eingangswiderstand wenigstens richtig? Ist mir zu verworren, was du da schreibst. Deshalb hier einfach die Berechnung. Der Eingangswiderstand ist Rin~R42//(R8+R41)//Retrans, mit Retrans~B*(Ut/Ic+R50). Retrans~300*(26mV/0,6mA+10R)=15,9k Dazu liegt noch der Basisteiler parallel, insgesamt Rin~12,7k.
Matthias S. schrieb: > J. T. schrieb: >> Sind denn meine Überlegungen zum Eingangswiderstand >> wenigstens richtig? > > Nö. Nun ja... > Du schliesst mit 61k ab, Nee. Der wirksame Eingangswiderstand des Transistors liegt deutlich unter den 61 kOhm. Ich bin, aus der Hüfte geschossen, auf 35 kOhm für den Transistor selbst gekommen; dazu liegen noch die 61 kOhm vom Spannungsteiler und die Miller-Kapazität parallel. Die simulierten 8 kOhm können schon hinkommen. Matthias S. schrieb: > während die Piezos mit 1-2 MOhm viel besser arbeiten würden. Das ist richtig. Stichwort: Bootstrap-Schaltung.
ArnoR schrieb: > Ist mir zu verworren, was du da schreibst. Er hat das als Spannungsteiler aufgefasst; die Grund- überlegung stimmt schon.
Possetitjel schrieb: >> Du schliesst mit 61k ab, > > Nee. > > Der wirksame Eingangswiderstand des Transistors liegt > deutlich unter den 61 kOhm. Ist klar. Ich wollte damit deutlich machen, das selbst die 61k schon viel zu niedrig sind. Das die Transistorstufe das alles noch verschlimmert, muss ich ja nicht nochmal sagen, das war schon im Beitrag vorher erwähnt. FET Impedanzwandler ist dafür genau das richtige.
Erst mal vielen Dank für eure Antworten. Der Verstärker sollte also 1-2MOhm Eingangswiderstand haben. Heißt das im Umkehrschluß, dass der Piezo, als Spannungsquelle betrachtet, einen Ri in dieser Größenordnung hat? Mir geht es darum, son Ding haaaaalbwegs zu simulieren, da hab ich bisher nur den ohmschen Widerstand bei beachtet, und aus der Hüfte 100KOhm angenommen. Aber die liegen wohl deutlich höher. Im winzigen ziemlich Aussagelosen Werbedatenblatt von dem Ding stand was von Resonanz bei 25KHz. Sollte ich noch einen Reihenschwingkreis an die Spannungsquelle hängen? Denn ich dann so hinbieg, das er 25Khz resoniert? Welche Güte kann man für so eine Piezowandler annehmen? P.S. Dann werd ich mal versuchen, mir noch nen Impedanzwandler dazuzubasteln, und die den Wandler ein bischen besser hinzubekommen. P.P.S. Die Schaltung läuft immerhin soweit, das ich nen buch bis ca 30cm "sehen" kann. Ich werd dann jetzt noch ein wenig basteln, und meinen nächsten Versuch nochmal vorzeigen.
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> Eigentlich die wichtigste :D Weiß zufällig jemand von euch, in welcher Größenordnung der Widerstand von so einem Piezoultraschallpiepser liegt? Der Widerstand geht gegen unendlich, die Impedanz nicht. Nehmen wir zB 10nF Kapazitaet, das ergibt bei 100kHz dann eben 160 Ohm kapazitiv. > Welche Güte kann man für so eine Piezowandler annehmen? Wenn er frei schwingen kann kann die Guete wiehoch auch immer sein, zB 20. Da man aber etwas brauchbares damit machen will, dh kopplung zu einem Medium hat, moeglichst gute Kopplung haben will, kommt die Guete runter. Ich wuerd sie auf kleiner eins setzen.
Hmm schrieb: > Der Widerstand geht gegen unendlich, die Impedanz nicht. Nehmen wir zB > 10nF Kapazitaet, das ergibt bei 100kHz dann eben 160 Ohm kapazitiv. Das heißt, ich kann das Ding tatsächlich wie einen Kondensator behandeln? Aber dann ist doch die Impedanz, wie du richtigerweise drauf hinweist, ja doch wesentlich niedriger als angenommen?
J. T. schrieb: > Hmm schrieb: >> Der Widerstand geht gegen unendlich, die Impedanz nicht. >> Nehmen wir zB 10nF Kapazitaet, das ergibt bei 100kHz dann >> eben 160 Ohm kapazitiv. > > Das heißt, ich kann das Ding tatsächlich wie einen Kondensator > behandeln? Sicher. Glaubst Du, ich lüge Dir die Hucke voll? :) > Aber dann ist doch die Impedanz, wie du richtigerweise drauf > hinweist, ja doch wesentlich niedriger als angenommen? Nein. 10nF sind meiner Meinung nach für einen 25 kHz-Wandler unrealistisch. (Kommt mir zuviel vor. Das ist aber eine Aussage "nach Gefühl"!) Das Einfachste ist, Du misst es nach. (Mit der Messfrequenz aber deutlich unter 25 kHz bleiben, sonst misst Du Unsinn.) Wir waren ultraschallmäßig im Bereich um 1 MHz unterwegs, in dem Bereich werden Keramik-Transducer (PZT) verwendet; die Kapazität lag meiner Erinnerung nach so um 1 nF herum. Fläche einige cm^2, Dicke ungefähr 3mm. Da Dein 25-kHz-Transducer ganz sicher keine 100mm dick ist, MUSS der anders funktionieren also unsere 1-MHz-Teile. Die Scheiben, die ich im Bereich 0.25 MHz bis 2 MHz kenne, sind reine Dicken- schwinger. Entweder ist es bei Dir anderes Material, oder das Ding ist mechanisch anders ausgelegt (andere Schwingungsmode) - wahrscheinlich beides zugleich. Am Besten wäre, Du würdest eine Impedanzmessung (U; I) im Bereich 100 Hz bis 10 kHz machen. Wenn die Kurve in dem Bereich gutartig aussieht, könnte man auf die Kapazität rückschließen.
Ja. die 10nF waren eine Annahme. Weil meine Piezos solche Kapazitaeten haben. Das muss aber nicht zutreffen. Wenn Leistung rauskommt, kann sie sogar hoeher sein, denn von nichts kommt nichts. Die wuerd ich entweder nachmessen, oder dem Datenblatt entnehmen. Ich wuerd mir ohne Not nicht die Muehe machen und einen Breitband Verstaerker selbst designen, sondern einen OpAmp verwenden. Falls ein Selbstbau, dann ein resonanter Verstaerker auf die 100kHz zugeschnitten. Aber erst mal mit einem OpAmp probieren.
J. T. schrieb: > Sollte ich noch einen Reihenschwingkreis an die > Spannungsquelle hängen? Denn ich dann so hinbieg, das > er 25Khz resoniert? Nee, nicht machen. Keinesfalls. Grund: Es klingt alles so, als wolltest Du ein Sonarsystem realisieren. Da kannst Du keinen Resonator brauchen, der erst ewig zum Ein- und Ausschwingen benötigt. Du willst ja den EMPFANGENEN Schall auswerten und nicht die Eigenschwingung Deines Mikrofons. - Lautsprecher und normale Mikrofone betreibt man ja auch nicht in Resonanz; das gäbe ein schönes Kuddelmuddel. > Welche Güte kann man für so eine Piezowandler annehmen? In der Regel unter 10 - glücklicherweise. (Gibt aber auch seltene Ausnahmen.)
Hmm schrieb: > Ja. die 10nF waren eine Annahme. Weil meine Piezos solche > Kapazitaeten haben. Ohh. Jetzt hast Du mich angefüttert: Darf man wissen was für Piezos das sind (Material, Aufbau) und von welchen Frequenzen wir reden? > Ich wuerd mir ohne Not nicht die Muehe machen und einen > Breitband Verstaerker selbst designen, sondern einen OpAmp > verwenden. Naja... kommt drauf an. Wald-und-Wiesen-OPVs geht bei 25 kHz schon langsam die Luft aus. Ein paar NE5534 täten es aber wahrscheinlich. Z.B. drei Stufen zu je 26dB.
Possetitjel schrieb: > Grund: Es klingt alles so, als wolltest Du ein Sonarsystem > realisieren. Da kannst Du keinen Resonator brauchen, der > erst ewig zum Ein- und Ausschwingen benötigt. > > Du willst ja den EMPFANGENEN Schall auswerten und nicht die > Eigenschwingung Deines Mikrofons. - Lautsprecher und normale > Mikrofone betreibt man ja auch nicht in Resonanz; das gäbe > ein schönes Kuddelmuddel. Es geht schon in Richtung Sonar. Es soll mal ein Ultraschalldistanzsensor werden. Ich hab aber für Sende und Empfang jeweils einen Piezo. Da dachte ich mir, mit dem einen sende ich einen Impuls (einige Rechteckschwingungen) mit 25KHz. Mit dem anderen warte ich, bis er angeregt wird. Die Anregung sollte doch auf der Resonanzfrequenz am besten funktionieren?
J. T. schrieb: > Es geht schon in Richtung Sonar. Es soll mal ein > Ultraschalldistanzsensor werden. Naja... sowas war ja gemeint.. > Ich hab aber für Sende und Empfang jeweils einen Piezo. Das vereinfacht die Sache. > Da dachte ich mir, mit dem einen sende ich einen Impuls > (einige Rechteckschwingungen) mit 25KHz. Mit dem anderen > warte ich, bis er angeregt wird. Logisch. > Die Anregung sollte doch auf der Resonanzfrequenz am > besten funktionieren? Klar - auf der MECHANISCHEN Resonanzfrequenz des Transducers. Eine zusätzliche ELEKTRISCHE Resonanz nützt nach meiner Erfahrung nicht viel, denn die bringt, je nach Güte, nur zusätzliche Zeitverzögerung (=Phasenverschiebung). Ist im Grunde auch klar: Die empfangene Energie soll ja nicht ewig zwischen irgendwelchen Blindwiderständen pendeln, sondern soll ohne Zeitverzug an den Verstärker weitergereicht werden. Du willst schließlich die Laufzeit messen.
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