Hallo zusammen
Ich soll für meine Bachelorarbeit einen Signalverstärker für einen Piezosensor auslegen. Ich habe eine Schaltung aus dem Internet verwendet, die normalerweise für Microphone benötigt wird.

Das Ziel ist es, das Signal so zu verstärken, dass es um 5 V mit einer maximalen Amplitude von 5V schwingt. Also im Bereich von 0 und 10V.

Dazu habe ich folgende Schaltung verwendet:
Bild eingefügt

Meine berechnte Übertragungsfunktion ist:

mit
und

Die Schaltung tut das was sie soll, leider muss ich das aber auch noch analysieren.
Da bin ich auf zwei Probleme gestossen:
1.) Die Verstärkung des Signals beträgt theorethisch 100 (1M/10K). In Wirklichkeit beträgt sie aber nur 10. (werde das praktische nochmals überprüfen, aber vielleicht habe ich mich trotzdem verhauen)
2.) Nach meiner berechneten Übertragungsfunktion wird der DC-Anteil von 5V ebenfalls verstärkt. Das kann aber irgendwie nicht sein.

Kann mir da irgendwer weiterhelfen, wo meine Denkfehler sind bei den zwei Problemen.

Warum benutzt du den invertierenden Verstärker?
Dessen Eingangswiderstand ist zumeist sehr niedrig, hier beträgt er gerade mal 10kOhm (R4).
Gebräuchlicher für Piezos, die i.d.R. eher kapazitiven Charakter haben und bei tiefen Frequenzen extrem hochohmig werden, ist ein nicht invertierender Verstärker.
Dort musst du zwar am Eingang einen Widerstand zur Ableitung des Eingangsstroms des Verstärkers vorsehen, aber den kann man mit geigneten Verstärkern extrem hoch wählen.

Zitat :

In Wirklichkeit beträgt sie aber nur 10.

Bei ausreichend hoher Frequenz, wenn der Blindwiderstand von C3 etwa 100kOhm erreicht, ist das zu erwarten.

Generell solltest du aber bei der Simulation die Eigenschaften der Quelle nicht vernachlässigen, und ggfs. durch eine Ersatzschaltung berücksichtigen.

P.S.: Ein weiterer Fehler ist es den +Eingang auf Ub/2 vorzuspannen.
Dieser Wert wird ja um den Faktor 101 verstärkt, so daß am Ausgang die 50-fache Betriebsspannung ankäme.
Kann also nicht funktionieren, bzw. nur, wenn R4 extrem groß ist(kapazitiver Sensor).


P.P.S: Noch ein Tipp:
Vieleicht brauchst du ja genau diese invertierende Schaltung, aber dann solltest du es vermeiden Gleichspannung auf der Eingangsleitung zu haben.
Viele abgeschirmte Leitungen oder Koaxkabel zeigen dann Mikrofonie (--> Kondensatormikrofon) und verursachen so durch die von Ventilatoren, Pumpen, Transformatoren, etc. entstehenden Schwingungen einen "unerklärlichen" Rauschteppich im Signal.


NochnPS.:

Zitat :

Verstärkung des Signals beträgt theorethisch 100 (1M/10K). In Wirklichkeit beträgt sie aber nur 10.

Dafür kann C3 verantwortlich sein, der mit der Kapazität des Gebers einen Spannungsteiler bildet. Eine Verstärkung von 10 deutet darauf hin, daß dein Piezo eine Kapazität von etwa 120pF hat...


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 15 Apr 2013 18:02 ]