93

Elektor

7-8/98

Die Ausgangsspannung des
MPXS4100A folgt der Glei-
chung
U

OUT

= (0,001059

⋅P - 0,1518)

⋅ 5 V

(mit P in hPa)
Der Anzeigebereich des Baro-
meters soll von 945 hPa (alle
LEDs aus) bis 1045 hPa (alle 20
LEDs an) reichen. daraus ergibt
sich für
U

945

= 4,245 V

U

1045

= 4,774 V

Der Spannungshub im Meßbe-
reich muß von IC2b auf den
Eingangsbereich der LED-Trei-
ber angehoben werden. Für den
Verstärkungsfaktor gilt deshalb
A = U

REF

/ (U

1045

- U

945

) =

2,5 V / ( 4,774 - 4,245) =
4,726
Gleichzeitig muß ein Offset in
der Höhe von U

945

abgezogen

werden, so daß sich bei 945 hPa
eine Ausgangsspannung des
Meßverstärkers von 0 V ergibt.

Während der Offset an P1
genau eingestellt wird, kann die
verstärkte Meßspannung (aus
der Dimensionierung von P1,
R2 und R3 ergibt sich ein Ver-
stärkungsfaktor von 6,65) am
Spannungsteiler R4/R5 und P2
exakt auf den Eingangsbereich
der LED-Treiber abgestimmt
werden.
Die Einfachheit der Schaltung
wird durch eine etwas umständ-
liche Abgleichprozedur erkauft.

Da nämlich die Stellung von P1
nicht nur die Höhe des Offsets,
sondern auch den Verstärkungs-
faktor von IC2b beeinflußt, führt
kein Weg an einer Zweipunkt-
Kalibrierung vorbei. Am besten
geht es, wenn man über einen
Druckgeber verfügt, dessen
Druck im Meßbereich genau
und kalibriert eingestellt werden
kann. Bei 945 hPa setzt man P2
in Mittelstellung und dreht an
P1, bis am Ausgang von IC2b
genau 0 V gemessen werden
können. Dann erhöht man den
Druck auf 1045 hPa und stellt
P2 so ein, daß LED 20 gerade
aufleuchtet. Es geht auch ohne
eine solche Druckreferenz,
wenn man einige Male bei
unterschiedlichen Luftdrücken
das Barometer abgleicht. Zuver-
lässige Infos über den aktuellen
Luftdruck erhält man von jedem
Apotheken-Barometer.

(984061)rg

Stückliste

Widerstände:
R1 = 56 k
R2 = 1 k
R3,R4,R7 = 8k2
R5 = 12 k
R6 = 3k9
R8,R9 = 10 k
R10 = 100

Ω

P1 = Trimmpoti 1 k
P2 = Trimmpoti 47 k

Kondensatoren:
C1 = 47 p keramisch
C2 = 10

µ/10 V stehend

C3 = 100 n MKT (Siemens)
C4 = 100

µ/25 V stehend

C5...C7 = 100 n keramisch

Halbleiter:
D1...D7 = LED, rot, 3 mm high

efficiency

D8...D13 = LED, gelb, 3 mm

high efficiency

D14...D20 = LED, grün, 3 mm

high efficiency

D21 = 1N4001
IC1 = MPXS4100A (Motorola,

Conrad Nr. 143200)

IC2 = TLC272CP
IC3,IC4 = LM3914N

Außerdem
Platine EPS 984061-1
(siehe Service-Seiten in der

Heftmitte)

Wenn eine Fotodiode sich im
größeren Abstand von der Elek-
tronik befindet, können sich
über die Zuleitungskabel leicht
Störungen einschleichen, selbst
wenn es sich um eine abge-
schirmte Verbindung handelt.
Es gibt aber eine einfache Mög-
lichkeit, Störungen zum großen
Teil zu unterdrücken, denn
Störeinflüsse und Signal lassen
sich elektronisch leicht unter-
scheiden, wenn die Fotodiode
“schwebend”, ohne Massekon-
takt geschaltet ist. Während das
empfangene Signal sich nämlich
stets im Gegentakt auf den Lei-
tungen ausbreitet, äußern sich
eingestreute Störungen meistens
im Gleichtakt. Oder anders aus-
gedrückt: Man hat es mit einer
Störung zu tun, wenn sich die
Spannung auf beiden Kabeln in
Bezug zu einem festen Potential
(zum Beispiel Masse) gleich-
mäßig in Stärke und Phase
ändert. Ist die Spannungsände-
rung auf den Leitern genau ent-
gegengesetzt, dürfte es sich um
das Nutzsignal handeln.
Um ein Gegentakt-Nutzsignal zu
verstärken und gleichzeitig eine
Gleichtakt-Störung zu unter-
drücken, verwendet man einen
Differenzverstärker. Die hier

abgebildete Variante besitzt zwei
vorgesetzte Opamps (IC1b und
IC1c), die den Diodenstrom in
eine Spannung umsetzen. Die
Strom- nach Spannungswand-
lung ist abhängig von R1 und
R2, eine Verstärkungseinstel-
lung in der nachfolgenden klas-
sischen Differenzverstärkerstufe
ist daher überflüssig.

Die Verstärkung der Differenz-
verstärkerstufe beträgt
U

aus

= (U

ein1

- U

ein2

)

⋅R4/R3

unter der Voraussetzung, daß R3
= R5 und R4 = R6+P1. Wenn
all diese Widerstände gleich
sind, haben wir es mit Einmal-
verstärkung zu tun. Die Aus-
gangsspannung der Schaltung
beträgt deshalb

U

aus

= (R1+R2) I

D1

Man sieht aber gleichzeitig, daß
im Idealfall bei Gleichtaktsig-
nalen die Klammer (U

ein1

-

U

ein2

)

⋅Null wird. Die Unter-

drückung der Gleichtaktstörun-
gen (Common Mode Rejection,
CMR) steht und fällt mit der
Gleichheit der Widerstände R3
= R5 und R4 = R6+P1. Tole-

Symmetrischer Verstärker
für Fotodioden

085

D1

BPW34

13

12

14

IC1d

R1

1 M

R2

1 M

R3

100k

R5

100k

9

10

8

IC1c

6

5

7

IC1b

R4

100k

R6

82k

47k

P1

IC1

11

4

C1

10

µ

25V

C2

100n

C3

10

µ

25V

C4

100n

2

3

1

IC1a

IC1 = TL084

984096 - 11

15V

15V

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Elektor

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ranzen, nicht nur hier, sondern
auch bei R1 und R2, lassen
sich mit P1 auf eine optimale
CMR abgleichen. Mit den ange-

gebenen Opamps kann man
eine CMRR in der Größen-
ordnung von > 60 dB erzielen,
wenn die Fotodiode mit einem

paarweise abgeschirmten (twi-
stet pair) Kabel angeschlossen
ist. Die Stromaufnahme beträgt
etwa 10 mA.

(984096)rg

Die Schaltung dieses Vorver-
stärkers wurde speziell für dyna-
mische Mikrofone mit symme-
trischen Ausgängen und Impe-
danzen bis zu 200

Ω ausgelegt.

Von der Auslegung her handelt
es sich um einen Instrumenten-
verstärker mit nur einem
Opamp, wobei der klassische
Audioverstärker NE5534 zum
Einsatz kommt.
Um bei einem symmetrischen
Eingang eine optimale Gleich-
taktunterdrückung zu erreichen,
müssen die Spannungsteilerver-
hältnisse an den beiden Eingän-
gen des Verstärkers möglichst
genau übereinstimmen. Da
Widerstände mit 0,1 % Toleranz
nicht bei jedem Elektroniker im
Teilemagazin lagern, wurde mit
dem Trimmpoti P1 ein Aus-
gleich geschaffen, der einen
Abgleich der Gleichtaktunter-
drückung ermöglicht.
Der Ausgangskondensator C1
trennt Gleichspannungen am
Opampausgang ab, während R7
die Ausgangsimpedanz von 100

Ω definiert und für Stabilität bei

kapazitiver Belastung sorgt. R3
dient der Stabilität für den Fall,
daß der Eingang nicht abge-
schlossen ist. Wenn ein längeres

Mikrofonkabel angeschlossen
ist, sorgt auch bei nicht ange-
schlossenem Mikrofon schon die
Kabelkapazität für einen ausrei-
chenden Abschluß des Ein-
gangs. R3 verbessert aber auch
die Gleichtaktunterdrückung
von größer 70 auf größer 80 dB.
Der Mikrofonvorverstärker kann
auch für anspruchsvollere
Zwecke eingesetzt werden. Bei
einer Quellimpedanz von 50

Ω

und einer Eingangsamplitude
von 1 mV beträgt der Wert für
THD + N weniger als 0,1 %
(Harmonische und Störpegel).
Bei den gleichen Bedingungen
wird ein Störabstand von -62,5
dBA erzielt. Bei der angegebe-
nen Dimensionierung stellt sich
eine Verstärkung von etwa 50
dB ein. Für die Gleichtakt-
unterdrückung wurde nach sorg-
fältigem Abgleich bei 1 kHz
Signalfrequenz ein Wert von 120
dB (ohne R3) ermittelt.
Die Stromversorgung erfordert
eine symmetrische 15-V-Span-
nung, die mit L1, L2 und C2 bis
C5 ordentlich entkoppelt wird.
Die Stromaufnahme ist relativ
gering, am gebauten Muster
wurden nur 5,5 mA gemessen.

984031

Symmetrischer
Mikrofonvorverstärker

086

NE5534

IC1

2

3

6

7

4

5

8

1

R3

27k

R6

10k

R1

1k00

R2

1k00

R5

301k

R4

316k

25k

P1

C1

4

µ

7

100V

R7

100

Ω

1

3

2

K1

15V

15V

L1

47

µ

H

L2

47

µ

H

C2

100n

C4

100n

C3

220

µ

25V

C5

220

µ

25V

15V

15V

15V

15V

984031 - 11

Der in Bild 1 a gezeigte Oszilla-
tor wird in digitalen Schaltungen
oft angewandt und dürfte somit
den meisten Elektor-Lesern
bekannt sein. Weniger bekannt
ist die Tatsache, daß man sich
mit einem derartigen Oszillator
einigen Ärger einhandeln kann,
der auf das fast immer vorhan-

dene Rauschen zurückzuführen
ist. Sobald nämlich dieser Stör-
pegel größer als die Hysterese
der verwendeten Gatter ist
(jedes Gatter hat eine Hyste-
rese), dann werden bei Fluktua-
tionen rund um den Umschalt-
punkt unerwünschte Impulse
erzeugt. Dieses Problem läßt

sich beseitigen, wenn die
Anstiegszeit der Signalflanken
am Gattereingang kürzer ist als
die Reaktionszeit des betreffen-
den Gatters.
Wenn der Oszillator in Bild 1a
mit schnellen Gattern aus der
HC-Reihe aufgebaut wird, hat
man eine gute Chance, mit dem

genannten Problem konfrontiert
zu werden. Solange in einem
derartigen Oszillator die Mit-
kopplung schnell genug ist, ist
noch alles in Ordnung. Anders
sieht es aus, wenn die Verzöge-
rungen zu groß werden. Bei der
Schaltung in Bild 1a durchläuft
das Signal zwei Inverter, woraus

Modifizierter Oszillator

087