Ersatztyp CA3100 [Verstärker Funktionsgenerator]

[fabix]

Hi,

ich bin gerade am Layout eines Funktionsgenerators. Der Verstärker ist mit einem CA3100 aufgebaut. Ich habe auch noch einen davon doch im Datenblatt steht dass dieser veraltet ist und der Ersatztyp sei der HA-2525.
Doch zu dem finde ich wenig Information und auch Reichelt und Conrad haben den nicht im Programm.
Ist dieser auch schon veraltet oder nur unter einem anderen Namen aufgelistet?
Gibt es womöglich noch einen anderen Ersatztyp zum CA3100 der die gleiche Pinbelegung hat und sonst auch völlig kompatibel ist?

Danke schon im voraus,

Gruß fabi

edit: Titel geändert da es nun mehr um einen Verstärker geht

[KlaRaw]

Hallo Fabi,
der ca3100 hat eine Grenzfrequenz von 38 MHz bei V=1. Die Eingangswiderstände sind für heutige Verhältnisse nur mässig. Du brauchst nur einen Highspeed OP. Der sollte unter 10€ zu bekommen sein.
Gruss Klaus.

[shaun]

Ich habe ganz gute Erfahrungen mit dem MAX477 gemacht, hat IMHO sogar Reichelt, GBW 300MHz, unity-gain stable. Allerdings nur für +/-5V, und das ist ernst zu nehmen ;)

[fabix]

Gibt es denn einen solchen Highspeed OP der auch direkt austauschbar mit dem CA3100 ist?

[shaun]

Einen 100% identischen sicher nicht, zumindest nicht aktuell erhältlich. Ihr macht es euch aber auch unnötig schwer, Ersatz zu finden, wenn ihr immer alle Parameter so gleich wie möglich sucht - erstmal checken, worauf es ankommt und dann wählen. Der CA3100 kann bis +/-18V, das ist für schnelle OPV nicht die Regel. Ist das wirklich notwendig? Brauchst Du die +/-30mA Ausgangsstrom? Würde ein moderner OPV, der näher an +/-Ub kommt, bei reduzierter Betriebsspannung nicht das Gleiche leisten können? Brauchst Du die dedizierten Offset- und Kompensationsanschlüsse?

[fabix]

Nein, es geht nicht darum dass er 100% identisch ist. Jedoch hab ich noch nicht soviel Erfahrung dass ich einen ganzen Schaltplan ändern kann. Darum wär es mir am liebsten ich könnte einfach einen anderen mit genau der gleichen Pinbelegung und der gleichen externen Beschaltung nehmen bzw. nur leicht abgeändert.
Gibt es sowas?
Als Versorgungsspannung hab ich +/- 12V. Ob ich einen so hohen Ausgangsstrom brauche weiß ich selber nicht.
Sollte ich vielleicht einmal den Schaltplan online stellen?

[shaun]

Mach doch mal, aus der Angabe Ub=+-12V kann man ca. gar nichts ableiten.
Poste die Schaltung und wir sehen weiter!

[fabix]

Hier ist der Schaltplan, ohne Netzteil aber das ist ja nicht relevant.
http://www.fabian-wingert.de/schaltplan_org.jpeg

[Besserwessi]

Es wird also ein Ausgangsverstärker für einen NF Funktionsgenerator gesucht. Mit leichten Abstrichen (hohe Frequenz bei großer Amplitude) könnte da ein LM318 oder NE5534 gehen. Ist nicht ganz so schnell aber sollte ausreichen. Der 15 pF Kondensator am OP müsste umgelötet werden. Leider unterscheiden sich viele OP Typen in der Belegung des Kompensationskondensators.

Wenn es um die Reparatur eines alten Gerätes geht (vom Schaltplan her zu vermuten), sollte der OP nicht zu schnell sein, denn die Schaltung mit dem Schalter in der Rückkopplung ist nicht gerade HF gerecht und könnte zum Schwingen neigen. Also nach dem Austauch Nachmessen und eventuell noch einen kleinen Widerstand (50Ohm) direkt an die Ausgangsbuchse. So wie die Schaltung gezeichnet ist wird sie bei kappatzitiver Belastung wahrscheinlich zu Instabilität neigen.

Wenn das ein neu augebauter F-Gen werden soll, dann sollte man den Ausgangsverstärker noch mal überarbeiten (mehr Leistung, definierter Ausgangswiderstand, Passiver Teiler am Ausgang)

[fabix]

@Besserwessi
danke für die schnelle Antwort. Also es soll ein neu aufgebauter F-Gen werden. Der Schaltplan ist allerdings 20 Jahre alt vermute ich. Hatte mein Vater noch im Keller liegen und wollte ihn mal nachbauen.
Könnt ihr mir ein paar Tipps geben wie ich den Ausgangsverstärker verändern soll?

[Besserwessi]

Das macht die Sache schon mal deutlich einfacher. Ich bin selber noch am suchen überlegen wie man einen guten Ausgangsvestärker für nen F-Gen. aufbaut. hab gerae wenig Zeit, aber hier mal ein paar Punkte dazu:
1) Es sollte ein Definierter Widerstand am Ausgang sein (z.B. 50 Ohm oder 5 Ohm), denn es ist schwierig einen Verstärker mit niedrigern Ausgangswiderstand und wechselnder Last (von Spule bis Kondensator) stabil zu kriegen.
2) Der Verstärker sollte mit fester Verstärkung arbeiten. Besser einen passiven Teiler dahinterschalten.
3) ggf. eine 2.te BNC Buche (ohne Teiler) vorsehen um ein Oszilloskop parallel anzuschließen.
4) Wenn man schon einen OP als Ausgangsverstärker nimmt, ggf.2-4 Stück parallelschalten um etwas mehr Leistung zu bekommen (z.B. LM833, NE5532 wären eine gute Wahl und gut erhällich). ggf. einen Kühlkörper und immer einen Sockel vorsehen, man weiss ja nie was da alles angeschlossen wird.
5) eventuell einen 2ten TTL Ausgang für den Anschluß eines Frequenzzählers vorsehen. Eventuell auch gleich eine 5 V Regler vorsehn und mit Rausführen.
6) Wenn du mehr Leistung bei niedrigen Frequenzen brauchst, eventuell ein Leistungs OP oder einen Verstärker mit Diskreten transistoren aufbauen.

Zur Schaltung fällt mir noch auf, dass die Versorgungsspannung etwas komisch stabilisiert ist. Eventuell besser 2 extra Regler +/- 8 V nehmen. Der Frequenzregelbereich über den Poti ist relativ groß, eventuell etwas kleiner (1:20) wählen.
Ich habe einen Ähnlichen Generator (ähnlichen einem alten Schaltplan aus einem Elektor Heft (ca. 1980) aufgebaut, mit einem diskret aufgebautem Verstärker. Nichts besonderes, aber wenn es interessiert könnte ich die Schaltung mal raussuchen.

[shaun]

@besserwessi: in welchem Frequenzbereich möchtest Du denn arbeiten? Für meinen DDS-Generator (Rechteck+Dreieck bis ca 3MHz, Sinus bis 20MHz) habe ich einen EL2160 und dahinter, noch mit im Feedback, einen BUF634 sitzen. Das Ganze sauber mit diversen C's abgeblockt macht echt ein gutes Bild (auf dem Specci).
Für meine Studienarbeit brauchte ich seinerzeit eine Endstufe, die 15Hz..1MHz mit 2Ass in 2 Ohm mit THD<<1% treiben kann. Mit zwei parallel geschalteten High-Speed-Power-OPV von TI habe ich extreme Probleme gehabt, die Lösung war letztlich ein EL2045 mit Stromverstärker aus BD135/136 dahinter, und zwar wurden die Basen über die Versorgungsanschlüsse des OPV gesteuert. Die Schaltung wurde teilweise bei NF-Verstärkern benutzt (vorrangig in Bastelschaltungen), die Transistoren bilden mit den Endtransistoren des OPV dann Darlingtonschaltungen.

[fabix]

Hi,
erstmal danke für die ganze Hilfe. Wo wir beim Thema neuer Verstärker waren habe ich mal in die c't geschaut und beim c't-lab ist ja ein DDS-Funktionsgenerator drin. Habe jetzt einmal den Verstärker von diesem in Eagle eingegeben.
Könnte ich den theoretisch auch verwenden?
Dieser könnte vom Ausgang doch höher belastet werden oder sehe ich das falsch?
Also hier mal der Schaltplan ohne Dimensionierung. (Ist nur der Verstärker ohne Offset)
http://www.fabian-wingert.de/endstufe.png

[Besserwessi]

Die Schaltung ist noch nicht ganz richtig:
Es fehlt die Rückkopplung vom Ausgang and den (-) Eingang des OPs, und der Widerstand in der Leitung von GND zum (-) Eingang.

Die Schaltung sollte sonst aber passen und ist auch relativ einfach. Ist allerdings nicht besonders schnell und kann bei Belastung keine große Amplitude mehr erzeugen (der Basisstrom kommt über die Widerstände R6,R7 und wird daher bei hoher Spannung weniger).
Sollte so bis maximal ca. 200 mA liefern können.
R4 solle damit ca. 10-50 Ohm seim.

Auf jeden fall würde ich im Gehäuse so viel platz lassen, dass man ggf. später noch mal einen anderen Verstärker dazubauen kann.

Weniger für den Generator hier geeignet, aber wenn man einen Schnellen Leistungsverstärker sucht:
Für DSL Treiber werden zum Teil wirklich schnelle OPS mit ca. 200 mA Ausgangsstrom benutzt. Sind aber schwer zu bekommen und meist in etwas unpraktischen Gehäusen.

[fabix]

http://www.fabian-wingert.de/endstufe1.png
Habe die beiden Widerstände dazugezeichnet.
Stimmt es nun?

Wie sieht es mit der Offset-Spannung und der Dimensionierung der Widerstände, Kondensatoren,.. aus?

Kann ich diesen Verstärker genau so statt dem letzen ersetzen? (mit der Offset-Spg. die über dem Schalter eingeschaltet wird)

Wenn ich nun statt den BD43x Leistungsverstärker nehme wird der ganze Verstärker ja höher belastbar aber wird er dann auch träger?

Sind viele Fragen auf einmal aber ich kann sie mir selber nicht beantworten

[Besserwessi]

Der Widerstand R12 gehört mit der einen Seite an den Punkt wo sich R1,R2,R3,R4 treffen.
Diese Schaltung wird durch größere Transitoren am Ausgang eher schwächer, denn hier ist der Verstärkungsfaktor der Ausgangstransitoren eher die Begrenzung, als Abhilfe könnte man die 2 Dioden durch als Emitterfolger geschaltete Transitoren ersetzen. Die Schaltung ist halt vor allem einfach.

In der Regel sind größere Transistoren auch etwas langsamer (nur so als allgemeiner Trend).
Das zuschalten eines Gleichspannungsoffsets kann so ähnlich gemacht werden wie in der Originalschaltung, war schon dort nicht gerade gut gelöst. Dort ändert sich die Verstärkung durch das Zuschalten etwas.
Das grobe Umschalten der Amplitude sollte man aber anders lösen.

Bevor man an das Dimensionieren geht sollte man sich klar werden darüber was gebraucht wird:
1) maximaler Strom
2) maximale Spannung (Ausgang und Versorgung)
3) Frequenzbereich (hier die obere Grenzfrequenz)
4) Ausgangswiederstand
5) Wie kurzschlußfest (dauer, nur gegen masse,...)
6) zulässige verzerrungen (hier wohl nicht mehr als der Generator)

Ein guter Link zum Aufbau von NF-Verstärkern ist übrigens,
http://sound.westhost.com/amp_design.htm.

[fabix]

Habe R12 jetzt geändert und auch den OP mit einer negativen Versorgungsspannung versorgt sonst würde ich ja nur ein positives Offset einstellen können.
Ist es schlecht dass sich die Verstärkung etwas ändert?
Die Amplitude wird doch über ein Poti bestimmt, ist dies zu grob?

[Besserwessi]

Je nachdem, was man mit dem Funktionsgenerator machen will, kann das recht störend sein. Besonders wenn man das Verhalten einere Schaltung als funktion des DC offsets testen will, sollte die Amplitude nicht vom Offset abhängen. Der sauberste Weg das zu erreichen, ist es den Verstärker als invertierenden Verstärker aufzubauen. Ein invertierender Verstärker kann gut zum summieren von Eingangsspannungen (oder besser Strömen) aus mehreren Quellen (z.B. Sinus und Offset) genommen werden.

Das Signal und der Offset werden dann beide über je einen Widerstand an den (-) Eingang des OPs geführt. Der (+) Eingang kommt auf Masse.

Die von dir Vorgeschlagen Transistoren BD437/438 sind übrigens etwas langsam, aber das hängt auch davon ab wie schnell man es denn haben muss.

[fabix]

Wäre dieser Aufbau besser?
Wenn ja, dann würde ich vielleicht eine Mischung aus beiden machen. Da dieser zum Beispiel kein Sweep hat.

http://www.constabel.net/electronic/fg.de.htm?show_comments=true

[Besserwessi]

Von der 2.ten Vorgeschalgene Schaltung ist im wesentlichen der Teil um P7,P8 und IC1b brauchbar. Als Ausgangsverstärker wird dort nur ein einfacher, nicht mal schneller OP bentutzt. Da ist die maximale Frequenz und Ausgangsleistung doch etwas sehr begrenzt.
Wenn man die Amplituden- und Offset-regelung wie in dieser Schaltung macht, kann man später den Ausgangsverstärker immer noch einfach ändern (bzw. einen 2 ten dazubauen), man hätte dann erstmal ein funtionierendes Gerät und kann dann eventuell besser feststellen was einem noch fehlt. Eventuell einfach etwas mehr Platz im Gehäuse lassen.

Man kann die beiden Schaltungen natürlich Kombinieren: z.B. die Amplitudenregelung und Verstärker von Version 2, den Rest von Version 1.

Im 2ten Vorschalt würde ich andere OPs vorschlagen:
z.B. NE5532 (2fach) oder LM318 (einfach) wenn sehr schnell sein soll.
Abgesehen von der Offsetregelung und eventuell kompensation sind die OP typen zum Glück fast alle pinkompatibel. Man kann später also einfach tauschen.

Wenn Frequenzen bis 50 kHz reichen und mehr Leistung gewollt ist könnte man einen Leistungs OP (L165) einsetzen (bis ca. 3 A).

[fabix]

danke Besserwessi für deinen ganzen Tipps,

habe jetzt auch noch ein wenig rumgesucht und mich mit Multisim beschäftigt. Habe den Verstärker (zweiter Vorschlag, der mit den OPs) in Multisim aufgebaut und simulieren lassen und später dann die OPs mit einem LM324 getauscht. Ich denke die Ergebnisse sind ok. Bis ca.200kHz bekomme ich noch die volle Amplitude von 20V. Ab 200kHz sinkt sie dann ab aber ich denke sie ist immer noch brauchbar. Vorallem da der XR2206 ja auch nicht extrem hohe Frequenzen sauber liefern kann.
Von der Strombelastbarkeit werde ich statt dem letzten OP zwei OPs des LM324 parallel schalten. So dürfte doppelt so hohe Ströme möglich sein. Ich denke das reicht mir erstmal.

Spricht irgendetwas generell gegen den LM324?
Ich bin auf ihn gekommen weil ich ihn auch noch daheim hätte so müsste ich nicht extra wegen einem OP bestellen.

[Besserwessi]

Der LM324 ist ein ausgesprochen langsamer typ. Er ist recht sparsam im Stromverbrauch, hat einen großßen spannungsbereich und kann auch an der negativen Versorgungsspannung noch arbeiten. Außerdem ist das wohl der billigste 4 fach OP den ich kenne. Als Ausgangsverstärker für einen Funktionsgenerator aber keine gute wahl.
Allerdings haben fast alle 4 fach OPs die gleiche Pinbelegung. Wenn man einen Sockel benutzt (und gerade für den Ausgang sollte man das), kann man dann später sehr leicht auf einen besseren Typ (z.B. TL084, MC33079,.. ) tauschen.

Zum "parallelschalten" von 2 Verstärkern, nicht dierekt die OPs 1:1 parallelschalten (geht nucht wegen verschiedenen Offsets), sondern 2 mal den Verstärker mit jeweils eigener Rückkopplung aufbauen und dann von jedem OP-Ausgang einen Widerstand (ca. 100 Ohm) zur Ausgangsbuchse.


Ich vermute die Simulation hat den LM324 zu gut simuliert, ich kenne von dem LM324 schon bei 1 kHz und 5 V Sinus sichtbare Verzerrungen im Nulldurchgang.

[fabix]

So, nach vielen Pausen und einem anderen Projekt steh ich nun hoffentlich kurz vor dem Ende des Funktionsgenerators.
Habe allerdings ein Problem mit dem Verstärker.

Dem Ausgangssignal werden bei -6V die Spitzen abgeschnitten, statt wie gewünscht bei ca. -12V.
Im Positiven Bereich funktioniert das wie gewünscht.

Wie kann ich dieses Problem möglichst einfach beheben. Mir reicht vorerst dieser einfache Verstärker, habe aber zusätzlich noch den Ausgang des XR2206 auf die Frontplatte gelegt.

Hier der Schaltplan.

[img=http://img185.imageshack.us/img185/655/verstaerkerkomplettys0.th.png] (http://img185.imageshack.us/my.php?image=verstaerkerkomplettys0.png)[/url]

[Besserwessi]

Ganz bis +12 / .12 V kann man mit den meisten OPs nicht kommen, aber etwa +-9 V sollten ohne Last schon drin sein. Einen Fehler in der Schaltung kann ich so nicht erkennen. Der OP kann aber nur begrenzt viel Strom liefern. Der TL082 kann mit Last auch nur relativ kleine Spanunge liefern.
Die Einfachste Lösung da etwas mehr Spannung und strom rauszukriegen wäre ein anderer OP. Z.B. MC33078 oder NE5532. Die 2 fach OPs sind größtenteils Pinkompatibel.

[fabix]

Habe festgestellt, dass der OP defekt war. Mit einem neuen war es besser.
Habe auch den NE5532 mal eingesetzt allerdings gefällt mir bei dem die Flankensteilheit des Rechtecks nicht. Ist der MC33078 da noch besser?

[Besserwessi]

Der MC33078 hat etwas mehr Bandbreite, aber etwas weniger slew rate. Bei kleinen Amplituden sollte da das Rechteck besser werden, bei großen Amplituden etwas schlechter. Der Unterscheid sollte aber eher kleine sein.
Sonst muß man halt beim TL082 bleiben.