Ultraschallsignalsignal mit Oamp verstärken

[s.o.]

Hallo,

ich will ein Ultraschallsignal mittels eines Oamps verstärken. Ich habe LM358 und LM2904 zur Auswahl.

Ich stelle die Verstärkung als possitiven Verstärker ein, Verstärkung etwa 50/51 fach. 1 R: 50 k 2. R: 1k. Um das Signal auf den Boden zu ziehen verwende ich einen 1MOhm R von + auf Gnd.

Nun kommt das Signal (100 mV) von dem Sensor. Dieser geht über einen größeren Kondensator auf +.

Leider lässt sich am Output des Oamps mittels Oszi nichts erkennen. Was mache ich falsch?

Achso: Alles hat Kontakt, alles hat keinen Wackler, oder so... (und verpolt habe ich auch nix)

Grüße

s.o.

[vklaffehn]

Bin ich auch mal dran verzweifelt, ich habe dann einen 2stufigen Transistorverstärker gebaut( quasi die Verstärkerstufe von dem C**** US-Abstandswarner nachgebaut) und schon gings, und benötigt nicht mehr Platz als meine Versuche mit 'nem OpAmp.

[s.o.]

hallo,

vielen Dank für den Tipp..

hast du einen Schaltplan für mich?

Anmerkung/Edit: Ich möchte nicht den mit der Rückkoppellung, ich möchte das Signal "nur" empfangen, also nicht auf Rückkoppelung bassiert.

Danke

s.o.

[vklaffehn]

Schau mal bei Conrad nach dem US-Abstandswarner, in der Anleitung ist der Schaltplan drin, besteht aus 2 Transistoren, 4 Widerständen und 2 Kondensatoren. Ich kann nachher mal einen Plan meiner Schaltung posten.

[s.o.]

Hallo,

wenn ich mich jetzt nicht alles täuscht ist das über Rückkoppelung. Ich möchte das ohne Rückkoppelung lösen, da man sonst keine richtige Entfernung bekommt, sondern nur ein Ja-Nein Sig.

Oder sehe ich etwas falsch? Kann man daraus etwa den Abstand schließen?

Grüße

[Jakob L.]

Hallo,

gehe ich richtig in der Annahme, dass das Ultraschallsignal eine Frequenz von 40 kHz hat? Dann ist die Wahl einer Verstärkung von 50 etwas zu hoch für den LM358. Der LM358 hat nähmlich nur ein gain bandwith product von 1 Mhz. Bei einer Verstärkung von 50x ergibt sich eine Bandbreite von ca. 20 kHz. Bei grösseren Frequenzen verringert sich die Verstärkung, so dass das Produkt aus Frequenz und Verstärkung ungefähr bei 1 Mhz bleibt. Beheben kann man das Problem durch das hintereinanderschalten von mehreren Verstärkungsstufen.

Das ist jedoch vermutlich nicht die Ursache, warum du überhaupt nichts messen kannst. Ich würde zum Messen einen einfachen Signalgenerator (NE555 als 40 Khz Rechteckgenerator und Spannungsteiler sowie Koppelkondensator) basteln und statt dem Ultraschallsensor anschliessen. Wenn das funktioniert, dann kannst du es noch einmal mit dem Sensor versuchen.

Gruss
Jakob

[s.o.]

Hallo Jakob,

vielen Dank Jakob für deine Anregung. Ich habe bisjetzt noch nie etwas von Gain Bandwidth Produkt gehört gehabt. Du hast recht mit deiner Annahme. Also müsste ich die Verstärkung auf 25 "drosseln". Ich glaube das war ein entscheidender Hinweis!

Eine Signalquelle habe ich bisjetzt schon, das ist ein Avr. Der gibt in der Dauerschleife das 40 MHz Sig. aus. Diessen könnte ich mittels Spannungsteiler auf 0.1 V reduzieren.

Leider verstehe ist mir aber noch unklar, wieso das Problem dadurch einfacher wird. Ich versuche das aber noch heute Abend.

Noch eine Frage: Welche "negative" Eigentschaft hat denn der US-Sensor auf den Oamp?

Danke & Grüße

s.o.

[shaun]

Hast Du den Eingang auf Ub/2 vorgespannt bzw betreibst Du denn OPV symmetrisch? Wenn nicht, solltest Du das zuerst mal ändern.
Der US-Sensor arbeitet piezoelektrisch, ist also in erster Linie eine Kapazität und darf nicht stark belastet werden.

[s.o.]

Hallo shaun & Jakob.

Ersteinmal vielen Dank für eure Ratschläge.

Ich komme gerade aus der Werkstatt... Ich habe Ub auf 1/2 und die Verstärkung auf 22 eingestellt. Funktioniert super. Leider reagiert jetzt der Sensor nur, wenn man relativ nahe ist. (ca. 10 cm). Ich würde den Abstand jetzt gerne erhöhen auf ca. 1 m. Bei der 1 stufigen Verstärkerstufe habe ich das Gefühl, dass der Oamp alles unterhalb einer gewissen Linie (der Spannung) abschneidet, bzw. nicht mehr verstärkt.

Desshalb meine Fragen:
* Sieht das mit dem LM2904 besser aus mit dem Gain Bandwidth Produkt (es steht nichts im Datenblatt des Oamps) ? Oder welchen Oamp soll ich sonst nemen?

* Oder tuts auch Doppelversärkung und ich habe mich getäuscht?

Danke

[vklaffehn]

So, auch wenn's vielleicht schon zu spät ist :-)



Masse von US-Kapsel
----------+------------------------------ GND
| |
| |
US-Sig. |> |
-----+-+| BC547 |
| |\ |
.-. | |
56K| | | |
| | | |
'-' | 100nf |
| | || |>
+----+----||---+--| BC547
| || | |\
.-. .-. |
22K| | | | |
| | 1M| | |
'-' '-' |
| | |
| +----+---------------- Ausgang
| |
| .-.
| 2,2K| |
| | |
| '-'
| |
+--------------+--------------------- VCC
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)


so habe ich das gelöst, bei den 100nf bin ich nicht ganz sicher.
Das ist nur der Verstärkerteil von dem Abstandswarner, da kommt was recht rechteckiges mit 40KHz raus.

[s.o.]

Hi,

herzlichen Dank für deine Schaltung. Ich werde erstmal schauen, dass ich das mit Oamps löse, wenn das nicht geht verwende ich deine Schaltung.

Herzlichen Dank nochmal

Hat jemand noch Anregungen/Tipps für mein US-Oamp-Problem?

Danke

s.o.

[vklaffehn]

Wenn du es mit 'nem OpAmp laufen hast, sag mir mal, wie, da ich daran kläglich gescheitert bin!

[PICture]

Hallo!

Wenn ein Rechteckspannung mit 40 kHz werstärkt werden soll, muss man mit Bandbreite min. 400 kHz rechnen.

Damit ergibt sich max. Verstärkung ca. 2,5 bei mit dem Gain Bandwidth Produkt 1 MHz. Das bezieht sich aber auf max. Amplitude der Ausgangspannung (5Vpp). Wenn man zwei Stufen mit dem OPV nimmt, darf die Verstärkung der ersten Stufe 2,5 * 2,5 = 6,25 sein, was isgesamt 2,5 * 6,25 = 15, 625 bringt.

Benötigt ist aber die Verstärkung 50, was sich mit min. 3 OPVs LM358 realisieren lässt. Der LM2904 mit seiner Bandbreite 6 KHz eignet sich für diese Anwendung gar nicht.

Es ist möglich mit einem IC LM324 der 4 OPVs beinhaltet einen entsprechenden Verstärker zu bauen, der muss aber (genauso wie LM358) mit min 7.5V Versorgt werden, um auf 5Vpp Ausgangsspannung zu kommen.

Deswegen finde ich den Transistorverstärker einfacher.

MfG

[s.o.]

Hallo Picture,

vielen dank für Deine Antwort. Ersteinmal gibt mir der Empfänger ein Sinussignal zurück, aber leider reicht mein Fachwissen nicht aus, ob sich das dann mit dem Gain Bandwidth Produkt ändert. Ändert sich da etwas?

Gibt es einen "Mega"-Oamp der ein hohes Gain Bandwidth Produkt hat? Etwa 500 Mhz? (Darf auch ruhig 2 bis 3 Euro kosten).

Der LM2904 scheidet da wohl völlig aus... Kein Wunder, dass es bei mir nie geklappt hat.

Ich glaube auch, dass der Transistorverstärker um einiges einfacher ist, ich werde den heute Abend versuchen, und hier dann die Testergebnisse posten.

Danke für Deine Hilfe!

s.o.

[PICture]

Hallo s.o.!

Das mit dem Gain Bandwith Produkt (BW) ist ganz einfach. Die max. Spannungsverstärkung ist Ku=(Uomax/Uo)*BW/Fmax, wobei Fmax ist die max. zu vertärkende Frequenz die am Ausgang die max. Amplitude (Uomax) haben soll. Andereseits ist die Ku für kleinere Ausgangspannung (Uo) höher.

In der Praxis verwendet man OPVs mit nicht extrem hohem BW, dafür mehr Stufen (meistens 2 bis 4). Z.B. mit dem sehr populären LM 324 geht es in drei Stufen mit Verstärkungen vom Eingang zum Ausgang Ku1=5, Ku2=5, Ku3=2, was insgesamt gewünschte 50 ergibt.

Mir ist nur ein OPV mit 120 MHz BW bekannt, nämlich NE592, bin aber (wahrscheinlich) nicht mehr auf laufendem.

MfG

[Jakob L.]

Hallo,

es gibt heute eine ganze Menge richtig schneller OPVs. Diese werden z.B. zum Verstärken von Videosignalen gebraucht. Für diese Anwendung würde ich aber auch eher einen mehrstufigen Verstärker nehmen.

Gruss
Jakob

[shaun]

Ich habe in letzter Zeit (u.a. Multiport-Netzwerkanalysator bis 1MHz sowie Eichleitung/E-Feldsonde/Synthesizer bis 100MHz) recht viel mit solchen OPV zu tun. In der Liga hat man dann meistens das Problem, dass die Eingangsimpedanz nicht mehr vernachlässigbar ist, zB ein MAX477 als Integrator ist schon eine Zumutung. Inzwischen bin ich beim AD8045 als G=2-Verstärker angekommen, bei G=1 hat das Vieh noch eine -3dB-Bandbreite von 1GHz, Slew Rate von 1,35kV/us usw. Als Heilmittel gegen die hier bestehenden Probleme würde ich solche ICs aber ganz bestimmte nicht verschreiben wollen :) Ganz niedlich im Hinblick auf GBW und Eingangsverhalten ist IMHO der OPA637, allerdings kostet der auch ab 25 Euro netto aufwärts ;)

[s.o.]

Hallo zusammen.

Zuersteinmal möchte ich euche allen für eure nette Unterstützung bedanken. Shauns Mega-Oamps scheiden aus... 25 Euro sind definitiv zu teuer wenns auch mit 4-Cent-Transistoren geht. Jedoch trotzdem herzlichen Dank für deinen Vorschlag.

Zu Pictures Anmerkung: Ich versehe die Berechnung, nur leider ist mir Uo nicht klar. Was ist das nocheinmal?
Den NE592 werde ich mir nächstes mal bei Reichelt mitbestellen, und "durchtesten". Vorrätig habe ich diesen leider nicht.

Nun aber zum eigentlichen: Ich war gerade in der Werkstatt und habe die Transistorenschaltung getestet. Der 1. Transistor verstärkt perfekt, besser als jeder Oamp bisher(20-30 cm ist etwa möglich), nur der 2. Transistor scheint nicht verstärken zu wollen. Ich sehe das Signal an der Basis des 2. Transistor noch, aber auswirken tut sich das leider nicht. Was kann ich hier tun, damit das will? Anderer Basiswiderstand am Transistor? (Jetziger: 1M)

Jetzt eine Knobelfrage die mir beim bauen eingefallen ist, ich hatte keine Idee: Ist es möglich die Amplitude annähernd konstant auf 4 V zu halten, egal wie stark das Signal ist. Also dass sich die Verstärkung selbst einregeld? Wäre dass ohne übermäßigen Aufwand möglich? Oder ist das ein Gehirngespinst?

Ich wäre euch herzlich dankbar, wenn ihr mir bei meinen Fragen weiterhelfen könntet. Das würde mir enorm helfen.

Grüße

s.o.

[vklaffehn]

Hmmm, also eigentlich ist das so gedacht, daß der 1.Transistor verstärkt, und der zweite quasi übersteuert, also sobald was ankommt, sollte spätestens nach dem 2. Transistor immer ca. Vcc Amplitude rauskommen. Bei mir funktioniert auch....

[PICture]

@s.o.

Uo ist die tatsächliche Ausgangsspannung des OPVs.

Beispiel: letzter Verstärker Uon = 5Vpp und Kun = 2, dann Uon-1 des vorherigen Verstärkers ist Uon-1 = Uon/Kun = 5/2 = 2,5Vpp.

MfG

[s.o.]

Hallo,

nach längerem Probieren habe ich folgendes Problem: Das 1. Signal wird mit dem 1. Transistor recht gut vorverstärkt. Am Collektor schließe ich einen Kondensator auf die Basis des 2. Transistor an. Das Signal geht durch den Kondensator, aber dann will es nicht den 2. Transistor zum Auschlagen bewegen. Nun messe ich das Signal an dem Collektor des 1. Transistors. Das ist auch wie von selbst verschwunden. Auch am Kondenstator. Ich verwende die Schaltung wie oben, nur das 1M bei mir 200k ist.

Was kann ich machen, dass ich das Signal über mehrere Stufen verstärken kann?

Gibt es längere Onlinelektüre für Mehrfachverstärker?

Grüße

s.o.

[vklaffehn]

Moin!
Im Prinzip sind das ja zwei einfach hintereinandergehängte Transistorverstärker,wobei der zweite durch den Kondensator gleichspannungsentkoppelt ist. Theoretisch könnte man das ja beliebig fortsetzen und das Ausgangssignal des letzten Verstärkerrteils immer weiter verstärken. Vielleicht liegt es am Kondensator, da gibt es ja einen Zusammenhang mit der Frequenz. Ich hab damals diese Seite gefunden :
http://www.s196796798.online.de/kap5.htm
Evtl. hilft sie Dir ja weiter

Hab nochmal nachgeschaut, der Kondensator ist ein 6,8nF, kein 100nF!
und hier
http://www.loetstelle.net/grundlagen/rcglied/rcglied.php
kann man nachschauen, wie die Größe des Kondensators mit der Frequenz zusammenhängt.

[s.o.]

Hallo,

ich habe es geschafft... soweit... Bei der Abstandsmessung habe ich eine Amplitude von 2V... das sollte sich doch sehen lassen können.

Danke an vklaffehn für die Hilfe!

Nur momentan habe ich einige Störungen.

Wenn kein Signal vorhanden ist:
Dann osziliert das Signal wild in der Welt rum. Was kann ich tun, um das zu unterbinden?

In gewissen Positionen treten Spannungsspitzen auf. Wie kann ich die Unterdrücken?

Danke für die Hilfe

s.o.


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_| | ||
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[s.o.]

Hallo,

da ich war nochmals in der Werkstatt. DIe Verstärkung wie ich jetzt schon geschrieben habe super. Mein Problem ist immer noch das Störsignal, wenn kein Signal vorhanden ist.

Gibt es eine Möglichkeit das zu entstören?

Das Störsignal ist nochnicht beim 1. Transistor zu erkennen. An der Basis des 2. auchnochnicht und taucht wie von selbst dann an dem Collektor des 2. Transistors auf.

Worin könnte liegt die Ursache liegen?

Grüße

s.o.

EDIT: Bei allen Bildern gilt: 2V/Div und t=20 µS/Div

[s.o.]

Heureka.

Ich habe die Störung in den Griff bekommen. Da die Störungen viel schneller sind als das der Oamp mitkommt, werden die dort absorbiert.

Nun die Schaltung





Vcc - 5 V
o---------o------------+-----------------+
| o-o | 1|k |
.-. ._.| .-. o-|_|_|-o |
2| | 2| ||1| | | | | VReff | |\|
2| | 2| ||k| | | |\| | 1.5-2 o-|-\ Output
k'-' k'-'| '-' o-|-\ | Volt | >-----
___ | || | \ | / | >--o->|---o----|+/
o|56k|-o-||-o- \-o--o----|--|+/ | |/|
| | || | \ | \ |/| ---100n |
| |/ 128.-. | |/ | 1|k --- |
o---o| 0| | o--| o-|_|_|-o o |
|> M| | |> | | | |
| 2'-' | | | | |
| 9 | | | | | |
o----o-------o---------o---o------'-'----'
' Gnd - 0V


Danke an alle! Ohne euch hätte ich es nicht geschafft!

[vklaffehn]

Moin!
Glückwunsch, schön das ich auch mal jemandem helfen konnte! :-)
Irgendwie erschließt sich Dein Plan mir noch nicht so ganz, ist wohl zu spät für mich! Morgen werde ich mir das mal in Ruhe anschauen.
Sehe ich das richtig, daß Du nach dem 2stufigen Transistorverstärker das ganze noch durch einen OpAmp jagst und dann durch einen Schmitt-Trigger??? Oder bin ich völlig konfus?
Und ganz blöde Frage : woher beziehst Du Dein Vref?