Addierer OPV Schaltung funktioniert nicht

[K. K. (Gast)]

Ich habe eine Addiererschaltung(siehe bild) simuliert, aber verstehe 
nicht wieso die nicht funktioniert:

Zunächst kommt ein Filter(L1;C1), welches in Leistungsanpassung 
betrieben wird. Dann will ich mit dem C2 den Gleichanteil wegbringen, 
was noch funktioniert.

Den Addierer habe so  dimensioniert:
R5 = R7 dann wird der Gleichanteil nicht verstärkt.
R6 = 1/9 * R5 dann wird der Wechselanteil um das 9fache verstärkt.

Aber wenn ich jetzt die Ausgangsspannung messe, dann bekomme ich eine 
Spannung von 0V. Ich verstehe nicht wieso?

Ein kleines Problem noch:

Ich kann meine Schaltung nicht symmetrisch Versorgen, ich habe das 
Einschränkungen bekommen.

Danke im Voraus!

[Hp M. (nachtmix)]

K. K. schrieb:
> Ich kann meine Schaltung nicht symmetrisch Versorgen, ich habe das
> Einschränkungen bekommen.

Dann kannst du eben nur negative Eingangssignale verarbeiten.

P.S.:
Symmetrisch ist nicht unbedingt erforderlich, aber eine negative 
Versorgung solltest du schon haben. Wie sonst soll hinten eine negative 
Spannung rauskommen?

[K. K. (Gast)]

Hp M. schrieb:

> Dann kannst du eben nur negative Eingangssignale verarbeiten.

Du meinst positive Eingangssignale oder verstehe ich etwas falsch

[Bernhard S. (b_spitzer)]

K. K. schrieb:
> Ein kleines Problem noch:
>
> Ich kann meine Schaltung nicht symmetrisch Versorgen, ich habe das
> Einschränkungen bekommen.

Das ist bei der Schaltung aber ein großes Problem. Du hast einen 
invertierenden Verstärker aufgebaut, der gibt bei positver 
Eingangsspannung eine negative Spannung aus, die hier aber nirgens ist.

Schau dir mal einen Differenzverstärker als Addierer an.

[K. K. (Gast)]

Hp M. schrieb:

> P.S.:
> Symmetrisch ist nicht unbedingt erforderlich, aber eine negative
> Versorgung solltest du schon haben. Wie sonst soll hinten eine negative
> Spannung rauskommen?

Deshalb wollte ich es mit einem Addierer machen, sodass der Gleichanteil 
und Wechselanteil miteinander addiert werden und ich keine negative 
Spannungsversorgung brauche

[Harald W. (wilhelms)]

K. K. schrieb:
> Hp M. schrieb:
>
>> Dann kannst du eben nur negative Eingangssignale verarbeiten.
>
> Du meinst positive Eingangssignale oder verstehe ich etwas falsch

Wenn Du einen Inverter baust, brauchst Du negative Eingangssignale,
um positive Ausgangssignale zu bekommen.

[K. K. (Gast)]

Ich verstehe jetzt was ihr meint. Durch die negative Eingangsspannung 
kann ich eine positive Ausgeben. Vielen Dank! Ich habe einen groben 
Denkfehler gehabt!

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

So Schaltungen wie der nicht-inv. Eingang bei U1, der direkt an die neg. 
Versorgungsspannung des OpAmps geht koennen halt nicht funktionieren...
Wenn du keine neg. Versorgungsspannung hast, dann musst du halt die 
Eingaenge ggf. auf ein hoeheres Potential legen.

Beim U2 hats ja auch geklappt. Ein Kondensator vom Mittelabgriff des 
Spannungsteilers nach Masse kann auch nicht schaden.

Gruss
WK

[Bernhard S. (b_spitzer)]

http://www.et-inf.fho-emden.de/~elmalab/indelek/download/Ind_2.pdf
Kapitel 2.1.
Du legst Rp = Rn fest. Bestimmst deine gewünschten Alpha für die beiden 
Eingänge auf der Plus-Seite. Dann (wichtig!) brauchtst du nur noch mit 
den selben Werten für Alpha auf der Minus-Seite 2mal 0V abziehen.
(Ohne Gewähr)

                          ___                 ___
          Minus1  -------|___|-------o-------|___|----.
                                     |                |
                          ___        |                |
          Minus2  -------|___|-------o                |
                                     |                |
                                     |                |
                                     |     |\|        |
                                     '-----|-\        |
                           ___             |  >-------o-------
          Plus1   --------|___|------o-----|+/
                                     |     |/|
                           ___       |
          Plus2   --------|___|------o
                                     |
                                     |
                                    .-.
                                    | |
                                    | |
                                    '-'
                                     |
                                    ---
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[K. K. (Gast)]

Dergute W. schrieb:

> Beim U2 hats ja auch geklappt. Ein Kondensator vom Mittelabgriff des
> Spannungsteilers nach Masse kann auch nicht schaden.
>
> Gruss
> WK

Den Kondensator baue ich noch ein. Danke

Danke Bernhard. Ich probiere die Schaltung einmal aus.

[Bernhard S. (b_spitzer)]

Bei der Differenzverstärker-Schaltung ist wichtig, dass man eng 
tolierierte Widerstände einsetzt und z.B. die beiden Minus-Zweige nicht 
durch einen Parallelwiderstand ersetzt, wenn an (wie hier) 2x 0V (also 
Parallelschaltung von Minus1 und Minus2) abzieht.

[HildeK (Gast)]

Ändere das mal so wie im angehängten Bild. Wärst du damit zufrieden?

[K. K. (Gast)]

HildeK schrieb:
> Ändere das mal so wie im angehängten Bild. Wärst du damit zufrieden?
Es funktioniert Einwandfrei. Kannst du mir vielleicht kurz erkären, wie 
du es angesetzt hast?

[HildeK (Gast)]

Das Problem in deiner Schaltung ist, dass der +E auf GND liegt. Du 
müsstest dann schon negative DC über R5 einspeisen, um den ADD_OUT auf 
UB/2 zu bringen.

Was ich gemacht habe:
- der +E wird auf halbe Betriebsspannung gelegt, das wäre auch ohne U2 
mit zwei einfachen Widerständen gegangen.
- R8 zieht bei dir den DC-Anteil Des Eingangssignals wieder auf GND. 
Schlecht, weil positive Signalanteile zu negativem Ausgang führen - was 
hier nicht geht.
Daher habe ich noch C3 spendiert. Da +E auf UB/2 liegt, wird sich auch 
-E von U2 auf UB/2 einstellen und damit auch ADD_OUT. Jetzt kann man um 
UB/2 herum aussteuern.

Generell:
- R3 und R4 sind viel zu niederohmig. Geht natürlich, frisst aber nur 
unnötig Strom. Zwei Rs und parallel zum unteren noch ein C hätte es auch 
getan. Die Rs müssen aber doppelt so groß sein wie R7, offenbar hat der 
LT1807 einen recht hohen Biasstrom.
- R8 teilt das Eingangssignal herunter. Wozu? Wenn es zu groß ist, dann 
halbiere R7 und du hast die halbe Verstärkung und lasse R8 ganz weg. 
Dann kann in meiner Variante auch C3 wieder entfallen. Ah, ich sehe 
gerade, der LT1807 ist ein sehr heißes Teil und schwingt in der 
Simulation, wenn die Verstärkung reduziert wird. Dann muss man den Teil 
so lassen - oder einen anderen OPA nehmen, siehe unten.

Warum hast du den LT1807 gewählt? Hätte da nicht einer mit 10MHz oder 
einigen 10MHz GBW auch gereicht? Z.B. der LT1800 oder ev. LT1631 schient 
mir hier 'gemütlicher' zu sein. Auch sind sie offenbar ohne den hohen 
Input-Bias-Strom unterwegs, so dass der Teiler für +E recht frei wählbar 
ist. Auch arbeiten die noch mit geringerer Verstärkung.
Sehr schnelle OPAs sind nicht einfach zu handhaben!

Ist R2 ein notwendiges Teil der Eingangsanpassung? Wenn ja, dann 
brauchst du den C3 in meiner Schaltung.

[Carl D. (jcw2)]

K. K. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Ändere das mal so wie im angehängten Bild. Wärst du damit zufrieden?
> Es funktioniert Einwandfrei. Kannst du mir vielleicht kurz erkären, wie
> du es angesetzt hast?

Dein Verstärker hat eine virtuelle +-1,15V Versorgung vie U2.
Und U1 +Eingang muß an die Virtuelle Masse (Ausgang U2) gehängt werden. 
-Eingang bekommt dann automatisch das richtige Potential über die 
Gegenkopplung R7 und die Eingangsspannung ist über C2 
wechselspannungsmäßig eingekoppelt. Das erklärt praktisch jede Seite, 
die über "OpAmp Single Supply" gefunden wird.

ZB hier: Operationsverstärker-Grundschaltungen

[K. K. (Gast)]

HildeK schrieb:
> Das Problem in deiner Schaltung ist, dass der +E auf GND liegt. Du
> müsstest dann schon negative DC über R5 einspeisen, um den ADD_OUT auf
> UB/2 zu bringen.

Zunächst muss ich dir danken, dass du so viel Zeit da jetzt hingesteckt 
hast!

> Was ich gemacht habe:
> - der +E wird auf halbe Betriebsspannung gelegt, das wäre auch ohne U2
> mit zwei einfachen Widerständen gegangen.
> - R8 zieht bei dir den DC-Anteil Des Eingangssignals wieder auf GND.
> Schlecht, weil positive Signalanteile zu negativem Ausgang führen - was
> hier nicht geht.
> Daher habe ich noch C3 spendiert. Da +E auf UB/2 liegt, wird sich auch
> -E von U2 auf UB/2 einstellen und damit auch ADD_OUT. Jetzt kann man um
> UB/2 herum aussteuern.

Ok. Jetzt verstehe ich auch was du gemacht hast. Ich habe nur noch ganz 
verstanden, wieso sich die Schaltung so unterschiedlich verhält, wenn 
ich den LT1807 verwende oder den LT1800. Wenn ich den LT1800 verwende, 
verhält ich die Schaltung exakt so, wie ich es erwarte, aber beim LT1807 
ist es irgendwie eigenartig. Da schwingt der Ausgang um 1.35V nicht um 
1.65V?

> Generell:
> - R3 und R4 sind viel zu niederohmig. Geht natürlich, frisst aber nur
> unnötig Strom. Zwei Rs und parallel zum unteren noch ein C hätte es auch
> getan. Die Rs müssen aber doppelt so groß sein wie R7, offenbar hat der
> LT1807 einen recht hohen Biasstrom.

Da war es schon spät am Abend. Ich weiß nicht, was ich mir dabei gedacht 
habe. Du hast da vollkommen recht.

> - R8 teilt das Eingangssignal herunter. Wozu? Wenn es zu groß ist, dann
> halbiere R7 und du hast die halbe Verstärkung und lasse R8 ganz weg.

Den R8 habe ich drinnen, weil ich beim LC Filter(Rekonstruktionsfilter 
nach DAC von DDS Chip) die Resonanz verhindern will(bzw. dämpfe). Der 
Nachteil ist halt, dass die eh kleine Eingangsspannung wieder um die 
Hälfte kleiner mache.

> Dann kann in meiner Variante auch C3 wieder entfallen. Ah, ich sehe
> gerade, der LT1807 ist ein sehr heißes Teil und schwingt in der
> Simulation, wenn die Verstärkung reduziert wird. Dann muss man den Teil
> so lassen - oder einen anderen OPA nehmen, siehe unten.

Der LT1807 ist etwas ungeeignet für meine Anwendung und hat 
Eigenschaften die ich noch nachvollziehen muss.

> Warum hast du den LT1807 gewählt? Hätte da nicht einer mit 10MHz oder
> einigen 10MHz GBW auch gereicht? Z.B. der LT1800 oder ev. LT1631 schient
> mir hier 'gemütlicher' zu sein. Auch sind sie offenbar ohne den hohen
> Input-Bias-Strom unterwegs, so dass der Teiler für +E recht frei wählbar
> ist. Auch arbeiten die noch mit geringerer Verstärkung.
> Sehr schnelle OPAs sind nicht einfach zu handhaben!

Der LT1800 ist perfekt, wenn auch noch immer überdimensioniert.

> Ist R2 ein notwendiges Teil der Eingangsanpassung? Wenn ja, dann
> brauchst du den C3 in meiner Schaltung.

Leider wegen dem Filter, oder weißt eine andere Lösung?. Denn C2 kann 
man ja weglassen und nur den C3 verwenden, dann funktioniert die 
Schaltung auch.

[HildeK (Gast)]

K. K. schrieb:
> Ich habe nur noch ganz
> verstanden, wieso sich die Schaltung so unterschiedlich verhält, wenn
> ich den LT1807 verwende oder den LT1800. Wenn ich den LT1800 verwende,
> verhält ich die Schaltung exakt so, wie ich es erwarte, aber beim LT1807
> ist es irgendwie eigenartig. Da schwingt der Ausgang um 1.35V nicht um
> 1.65V?

Das liegt vermutlich daran, dass er relativ hohe Eingangsströme hat und 
die führen zusammen mit der Beschaltung zu einer Verschiebung des 
Arbeitspunkts. Sehr schnelle OPAs arbeiten mit größeren Strömen und 
brauchen recht niederohmige Beschaltung. Da muss man mal detailliert das 
DB studieren ...

K. K. schrieb:
> Der LT1800 ist perfekt, wenn auch noch immer überdimensioniert.

Ja, war nur ein Beispiel und ich habe auch nicht intensiv nach weiteren 
Alternativen gesucht.

K. K. schrieb:
> Denn C2 kann
> man ja weglassen und nur den C3 verwenden, dann funktioniert die
> Schaltung auch.

Ja, aber du hattest in der Quelle 1.65V DC-Anteil und der führt dann zu 
einem deutlichen DC-Strom durch R8. Deshalb würde ich beide beibehalten.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Vielleicht waer's ein wenig zielfuehrender, die Hosen mal komplett 
runterzulassen, statt wilde Kombinationen aus unbekannten DACs, 
LC-Filtern und Addierern zu simulieren.
Also: Was fuer'n DAC oder zumindest: Was kommt da raus(Pegel,Impedanz, 
Abtastrate), was fuer'n Filter brauchst du (max. Signalfrequenz, 
MindestSperrdaempfung fuer Aliasspektren, max. zul. Ripple im Durchlass) 
und was brauchst du am Ausgang (Offset, Pegel, Impedanz)?
Was haste an Spannungsversorgung?

Ich glaub', so wird die Geburt deutlich schneller.

Gruss
WK

[Mark S. (voltwide)]

U2 als Puffer ist überflüssig.
Speise stattdessen den +Eingang von U1 über einen Teiler von 180k:180k -
gibt exakt dasselbe Resultat.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

K. K. schrieb:
> Zunächst kommt ein Filter(L1;C1), welches in Leistungsanpassung
> betrieben wird.

Vermutlich willst im Durchlassbereich einen möglichst horizontalen
Verlauf des Betragsfrequenzgangs, also einen Butterworth-Tiefpass. Der
lässt sich geschickter als mit Leistungsanpassung realisieren. Dabei
kann auch die Halbierung der Amplitude wegfallen, die du ja nicht
unbedingt möchtest, da das Signal hinterher wieder verstärkt wird.

> Dann will ich mit dem C2 den Gleichanteil wegbringen, was noch
> funktioniert.

Der Gleichanteil deines Sinussignals ist 1,65V. Wieso willst du ihn
entfernen, um ihn hinterher wieder hinzuzufügen? Lass ihn doch bestehen
und beziehe die anschließende Verstärkung nicht auf GND, sondern auf
eben diese 1,65V.

Ich habe unter diesen Gesichtspunkten mal eine alternative Schaltung
entworfen (s. Anhang). Durch den Wegfall des Parallelwiderstands am
Ausgang des RLC-Tiefpasses wird die Amplitude im Durchlassbereich nicht
reduziert. Die Werte für den Serienwiderstand, die Spule und den
Kondensator habe ich so angepasst, dass das Frequenzverhalten deinem
Tiefpass entspricht.

Da das Signal durch den Tiefpass nicht halbiert wird, muss es nicht um
den Faktor 9, sondern nur um den Faktor 4,5 verstärkt werden. Um den
Tiefpassausgang nicht zu belasten, habe ich einen nichtinvertierenden
Verstärker verwendet. Den Widerstand, der normalerweise in dieser
Schaltung vom invertierenden Eingang nach GND geschaltet ist, habe ich
in zwei Widerstände mit jeweils dem doppelten Wert aufgeteilt und einen
davon nach GND, den anderen nach 3,3V geschaltet. Dadurch liegt das
Bezugspotential des Verstärkers wie gewünscht bei 3,3V/2=1,65V.

Diese Schaltung habe ich mit deiner um HildeKs Korrekturen ergänzten
Schaltung verglichen. Zusätzlich habe ich C2 auf 100µF vergrößert, so
dass die Zeitkonstanten der beiden Hochpassglieder (R8, C2) und (R6, C3)
gleich sind und die untere Grenzfrequenz ein gutes Stück nach unten
verschoben wird. Ich nehme ja an, dass du einen möglichst breiten
Durchlassbereich anstrebst.

Wie man sieht, stimmen die Ausgangssignale der beiden Schaltungen bis
auf die Invertiereung überein. Auch der Frequenzgang unterscheidet sich
nur bei tiefen Frequenzen, wo in deiner Schaltung der Hochpass aktiv
wird. Die verbleibenden kleinen Abweichungen kommen daher, dass ich
versucht habe, für die Widerstände mit E24- und für die Spule und den
Kondensator mit E12-Werten auszukommen.

Noch etwas:

Dadurch, dass der Opamp nur halb soviel verstärken muss als in deiner
Schaltung und zudem als nichtinvertierender Verstärker genutzt wird,
genügen 45% der GBW, um das gleiche Frequenzverhalten aufzuweisen.

[K. K. (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> K. K. schrieb:
>> Zunächst kommt ein Filter(L1;C1), welches in Leistungsanpassung
>> betrieben wird.cht.
>
> Da das Signal durch den Tiefpass nicht halbiert wird, muss es nicht um
> den Faktor 9, sondern nur um den Faktor 4,5 verstärkt werden. Um den
> Tiefpassausgang nicht zu belasten, habe ich einen nichtinvertierenden
> Verstärker verwendet. Den Widerstand, der normalerweise in dieser
> Schaltung vom invertierenden Eingang nach GND geschaltet ist, habe ich
> in zwei Widerstände mit jeweils dem doppelten Wert aufgeteilt und einen
> davon nach GND, den anderen nach 3,3V geschaltet. Dadurch liegt das
> Bezugspotential des Verstärkers wie gewünscht bei 3,3V/2=1,65V.
>

> Noch etwas:
>
> Dadurch, dass der Opamp nur halb soviel verstärken muss als in deiner
> Schaltung und zudem als nichtinvertierender Verstärker genutzt wird,
> genügen 45% der GBW, um das gleiche Frequenzverhalten aufzuweisen.

Vielen Dank für deine Mühe! Ich probiere es gleich mal aus