Logarithmierer (mit OPV)

[Simone Winkler]

Hallo!

Habe eine dringende Frage:
Beim Designen eines Logarithmierers mittels Transistor sollte man ja
folgendes berücksichtigen:

Die Spannungsverstärkung der gesamten Schleife wird ja durch den Transistor
erhöht -> deshalb sollte man darauf achten, nicht in den Mitkopplungsbereich
zu kommen, damit die Schaltung nicht schwingt.
Man fügt dazu einen Emitterwiderstand ein, der die Spannugnsverstärkung des
Transistors beschränkt (man muß zusätzlich noch darauf achten, den OPV nicht
zu übersteuern).
Außerdem ist es zweckmäßig, einen Kondensator als differenzierendes Element
einzuschalten.

Ich habe dabei 2 Fragen:

* Worin äußert sich hier die Spannungsverstärkung des Transistors? Wie ist
sie berechnet? Ich denke, es handelt sich hier um eine Basisschaltung, doch
wie berechnet sich hier die Spannungsverstärkung? S*R1? (wobei R1 der
Widerstand zwischen Eingang und invertierendem Eingang des OPVs ist)
Und in welcher Weise wird die Spannung begrenzt?

* In welcher Weise verbessert ein differenzierendes Element die
Schwingungsneigung? Meine Idee wäre, daß es Flanken "aufspürt"...aber ganz
klar ist mir das nicht.

Vielen Dank für die Hilfe,

Simone

 

[Andreas Donner]

"Simone Winkler" <simone.winkler@gmx.at> schrieb:

[...]
* Worin äußert sich hier die Spannungsverstärkung des Transistors?
Wie ist
sie berechnet? Ich denke, es handelt sich hier um eine
Basisschaltung, doch
wie berechnet sich hier die Spannungsverstärkung? S*R1? (wobei R1 der
Widerstand zwischen Eingang und invertierendem Eingang des OPVs ist)

S wäre ca. so gross wie der Kehrwert des Emitterwiderstandes R_E, wenn
man davon ausgehen kann, dass dieser viel grösser ist als der
Eingangswiderstand der Basisstufe. Die
Spannungsverstärkung wäre theoretisch maximal S*R1 oder einfacher
R1/R_E. Damit der OP nicht unstabil wird, genügt es, den R_E so gross
zu machen, wie den R1, dann bleibt die Verstärkung immer <1.

Und in welcher Weise wird die Spannung begrenzt?

Wenn R1/R_E gleich eins ist, darf die Eingangsspannung betragsmässig
etwa so hoch werden, wie die maximale Aussteuerbarkeit des OP-Ausgangs
minus einem Abstand von ca. 500mV (Basis-Emitter-Diode), ohne dass was
übersteuert.

* In welcher Weise verbessert ein differenzierendes Element die
Schwingungsneigung? Meine Idee wäre, daß es Flanken "aufspürt"...aber
ganz
klar ist mir das nicht.

Du meinst einen Kondensator in der Gegenkopplung? Der begrenzt
letztendlich die Bandbreite der Basisstufe, sodass der OP nicht mehr so
leicht instabil wird. Wird er ausreichend gross gemacht, kann auch der
R_E entfallen.


Mit besten Grüssen

Andreas Donner

 

[Bernd Mayer]

Simone Winkler wrote:

Habe eine dringende Frage:
Beim Designen eines Logarithmierers mittels Transistor sollte man ja
folgendes berücksichtigen:

Die Spannungsverstärkung der gesamten Schleife wird ja durch den Transistor
erhöht -> deshalb sollte man darauf achten, nicht in den Mitkopplungsbereich
zu kommen, damit die Schaltung nicht schwingt.
Man fügt dazu einen Emitterwiderstand ein, der die Spannugnsverstärkung des
Transistors beschränkt (man muß zusätzlich noch darauf achten, den OPV nicht
zu übersteuern).
Außerdem ist es zweckmäßig, einen Kondensator als differenzierendes Element
einzuschalten.

Ich habe dabei 2 Fragen:

* Worin äußert sich hier die Spannungsverstärkung des Transistors? Wie ist
sie berechnet? Ich denke, es handelt sich hier um eine Basisschaltung, doch
wie berechnet sich hier die Spannungsverstärkung? S*R1? (wobei R1 der
Widerstand zwischen Eingang und invertierendem Eingang des OPVs ist)
Und in welcher Weise wird die Spannung begrenzt?

* In welcher Weise verbessert ein differenzierendes Element die
Schwingungsneigung? Meine Idee wäre, daß es Flanken "aufspürt"...aber ganz
klar ist mir das nicht.

Hallo Simone,

zu Logaritmierern gibt es von TI (ehemals BB), AD und von NSC
interessante Doku siehe deren Homepage. Das Problem beim Logarithmierer,
der ja meist über mehrere Dekaden arbeiten soll, ist die zusätzliche
Verstärkung des eingefügten Transistors. Dieser bewirkt zusätzliche
Phasendrehungen und erhöht daher die Schwingneigung weil der Opamp dafür
nicht eingestellt wurde. Die Verstärkungseigenschaften des Transistors
sind stark stromabhängig (über die Steilheit) sowohl Phase und
Frequenzgang als auch die Verstärkung und auch Ein- und
Ausgangswiderstände. Daher ist ein Logarithmierer nicht ganz einfach zu
kompensieren. Analoglogarithmierer können ja leicht über 6 Dekaden
ausgesteuert werden.
Der maximale Strom plus etwas Reserve beschränkt den Maximalwert des
Emitterwiderstandes (Linearer Arbeitsbereich).

http://www.google.com/search?q=transistor+amplifier
http://www.google.com/search?q=Logarithmic+Amplifier
http://www.google.com/search?q=Logarithmic+amplifier+AD
http://www.google.com/search?q=Logarithmic+amplifier+TI
http://www.google.com/search?q=Logarithmic+amplifier+NSC
http://www.google.com/search?q=LM394+NSC
http://www.google.com/search?q=analog+special+function
http://www.google.com/search?q=nonlinear+circuits+handbook
http://www.google.com/search?q=%22nonlinear+circuits+handbook%22
http://www.google.com/search?q=nonlinear+circuits

HTH


Bernd Mayer
--
Monopole haben nicht nur Vorteile

 

[Simone Winkler]

S wäre ca. so gross wie der Kehrwert des Emitterwiderstandes R_E, wenn
man davon ausgehen kann, dass dieser viel grösser ist als der
Eingangswiderstand der Basisstufe. Die
Spannungsverstärkung wäre theoretisch maximal S*R1 oder einfacher
R1/R_E. Damit der OP nicht unstabil wird, genügt es, den R_E so gross
zu machen, wie den R1, dann bleibt die Verstärkung immer <1.

Danke für die super Erklärung! Wie größ wäre S ohne R_E?

* In welcher Weise verbessert ein differenzierendes Element die
Schwingungsneigung? Meine Idee wäre, daß es Flanken "aufspürt"...aber
ganz
klar ist mir das nicht.

Du meinst einen Kondensator in der Gegenkopplung? Der begrenzt
letztendlich die Bandbreite der Basisstufe, sodass der OP nicht mehr so
leicht instabil wird. Wird er ausreichend gross gemacht, kann auch der
R_E entfallen.

Und wie macht er das genau? Zusammen mit R_E als Tiefpaß?

Danke,
Simone

 

[Andreas Donner]

"Simone Winkler" <simone.winkler@gmx.at> schrieb:

Danke für die super Erklärung! Wie größ wäre S ohne R_E?

Jeweils so gross wie der y12 des Transistors in Basisschaltung bei
gegebenem Arbeitspunkt. Nur kann dieser eben sehr unterschiedlich sein,
weil ja der Kollektorstrom I_C sich über Dekaden ändert. Die
Grössenordnung wird schätzungsweise (nicht festnageln bitte) zwischen
1mS und einigen 100mS zu liegen kommen, aber genau kann man das nur mit
Transistor-Datenblatt und genauer Kenntnis des sich einstellenden I_C
herausfinden. Grundsätzlich ist S umso höher, je höher der I_C wird.

* In welcher Weise verbessert ein differenzierendes Element die
Schwingungsneigung? Meine Idee wäre, daß es Flanken
"aufspürt"...aber
ganz
klar ist mir das nicht.

Du meinst einen Kondensator in der Gegenkopplung? Der begrenzt
letztendlich die Bandbreite der Basisstufe, sodass der OP nicht
mehr so
leicht instabil wird. Wird er ausreichend gross gemacht, kann auch
der
R_E entfallen.

Und wie macht er das genau? Zusammen mit R_E als Tiefpaß?

Zusammen mit dem R1. Bei isolierter Betrachtung der Basisstufe kann man
sich vorstellen, dass bei Kleinsignalen die Eingangswechselspannung
(direkt am Emitter) sehr klein ist gegenüber der verstärkten
Ausgangsspannung, also annähernd Null. Der Kondensator wirkt deshalb im
Wesentlichen gleich; egal, ob er parallel zum Kollektorwiderstand
liegt, vom Kollektor direkt nach Masse oder zum Emitter führt. Im
Zusammenspiel mit dem OP im Logarithmierer wird halt letztere Variante
bevorzugt, weil C dann gleichzeitig (bei weggelassenem
Emitterwiderstand) direkt in der Gegenkopplung des OP zu liegen kommt,
was (bei kompensierten OPs!) grundsätzlich gut gegen HF-Schwingen ist.


Mit besten Grüssen

Andreas Donner

--
"All das, was wir hier sehen, lässt darauf schliessen, dass wir noch
Einiges zu erwarten haben!"
(Aus "Die überzeugenden Vorteile des Abends", Ror Wolf)

 

[Andreas Donner]

"Andreas Donner" <AnDon@gmx.de> schrieb:

Jeweils so gross wie der y12 des Transistors in Basisschaltung [...]

Verzeihung, Vorwärtssteilheit natürlich, y21.

Mit besten Grüssen

Andreas Donner