Trennverstärker grundlegend

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo!

Mein Wissensstand:

  1. Ein Trennverstärker dient zur galvanischen Trennung zweier Stromkreise.

Frage 1)
Wozu trennt man 2 Stromkreise, bzw. welche Notwendigkeit hat ein Trennverstärker in der Messtechnik?

  1. Dem Namen TrennVERSTÄRKER nach, müsste ein Trennverstärker in der Lage sein ein Signal in einem gewissen Frequenzbereich zu verstärken.

Frage 2)
Kann man dadurch ein sehr kleines Signal von einem größeren isolieren und verstärken?

Ich hoffe es kann mir jemand helfen, vllt. auch anhand eines Beispiels.

MfG

#2

Frage 1)
Wozu trennt man 2 Stromkreise, bzw. welche Notwendigkeit hat
ein Trennverstärker in der Messtechnik?

Um Probleme mit Brummschleifen und Potentialunterschieden zu entgehen.

Frage 2)
Kann man dadurch ein sehr kleines Signal von einem größeren
isolieren und verstärken?

Hört sich eher nach einer Aufgabe für einen Differenzverstärker an.

Gruß

Stefan

#3

Um Probleme mit Brummschleifen und Potentialunterschieden zu
entgehen.

(zu Brummschleifen)
Bedeutet das jetzt z.B.: das wenn ein Wechselsignal einem sehr viel größerem Gleichsignal überlagert ist, man es mittels eines Trennverstärkers isolieren kann oder nicht?

Bzw. welche Probleme können bei Potentialunterschieden auftreten.

Ich weiß, dass man Trennverstärker auch in der Patientenmesstechnik verwendet.
Das bedeutet, diese Bauteile müssten auch eine Schutzfunktion besitzen?

Falls du eine gute Quelle für das Thema Trennverstärker kennst, wäre ich dir sehr dankbar, wenn du diese posten könntest.

#4

Hallo!

Hallo!

Mein Wissensstand:

  1. Ein Trennverstärker dient zur galvanischen Trennung zweier Stromkreise.

Frage 1)
Wozu trennt man 2 Stromkreise, bzw. welche Notwendigkeit hat ein Trennverstärker in der Messtechnik?

Wenn das zu messende Signal potentialgebunden ist, die messende Einrichtung aber auf einem anderen Potential liegt.

Beispiel:
Du hast in einer Netzspannung (230V~) führenden Leitung einen Messwiderstand (Shunt) zur Strommessung. Den Spannungsabfall über diesen Shunt willst Du einer Messeinrichtung zuführen, welche daraus bei bestimmten Strömen Schalthandlungen ableitet. Gleichzeitig liegt auf der Leitung (auf beiden Anschlüssen des Shunts) ja auch die Netzspannung an, welche um Größenordnungen größer ist als die zu messende Spannung. Außerdem liegt die Messeinrichtung mit einem Anschluss auf Massepotential (ist geerdet). Du benötigst also zwischen der Quelle der zu messenden Spannung und der auswertenden Messeinrichtung einen Trennverstärker, der nur die zu messende Spannung überträgt. In der Regel ist der Trennverstärker in die Messeinrichtung integriert.

Trennverstärker werden auch benutzt, wenn eine Potentialtrennung zwischen Signalquelle und auswertender Einrichtung aus Sicherheitsgründen (z.B. medizinische Elektronik) erforderlich ist.

  1. Dem Namen TrennVERSTÄRKER nach, müsste ein Trennverstärker in der Lage sein ein Signal in einem gewissen Frequenzbereich zu verstärken.

Frage 2)
Kann man dadurch ein sehr kleines Signal von einem größeren isolieren und verstärken?

Natürlich kann man das – siehe oben.
Allerdings benutzt man für diesen Fall – wenn eine Potentialtrennung nicht erforderlich ist und alle vorkommenden Spannungen in einem für die Messeinrichtung verträglichen Bereich liegen – auch Differenzverstärker, welche schaltungstechnisch wesentlich einfacher zu realisieren sind

Ich hoffe es kann mir jemand helfen, vllt. auch anhand eines
Beispiels.

Schau mal hier nach:
http://de.wikipedia.org/wiki/Isolationsverst%C3%A4rker

MfG

merimies

#5

Hallo Fragewurm,

Falls du eine gute Quelle für das Thema Trennverstärker
kennst, wäre ich dir sehr dankbar, wenn du diese posten
könntest.

  1. Deine ViKa lässt viel Spielraum.
  2. Kannst du englisch
  3. Dir scheinen ein paar Grundlagen der Elektrotechnik zu fehlen. Wie z.B. wann grundsätzlich fliesst ein Strom.

MfG Peter(TOO)

#6
  1. Deine ViKa lässt viel Spielraum.
  2. Kannst du englisch
  3. Dir scheinen ein paar Grundlagen der Elektrotechnik zu
    fehlen. Wie z.B. wann grundsätzlich fliesst ein Strom.

MfG Peter(TOO)

  1. lässt deshalb viel spielraum, weil ich nur die grundlegende Effekte erfahren möchte.

2)ja ich kann englisch

3)Ein Strom fließt, wenn ein Potentialunterschied (=Spannung) vorhanden ist. Das heißt, dass vereinfacht gesagt an einem Pol mehr Elektronen vorhanden sind, als an einem anderen. An diesem Pol sind die Elektronen, die negativ geladen sind in der Überzahl und es erfolgt ein Stromfluss zum „positiveren“ Pol.
Man unterscheidet in physikalischer und technischer Stromrichtung.

Ich möchte nur, dass mir jemand erklärt, wozu dieser Bauteil gut ist und das vllt. anhand einer Anwendung beispielsweise in der Messtechnik.

Mit freundlichen Grüßen

#7

Hallo Fragewurm,

2)ja ich kann englisch

3)Ein Strom fließt, wenn ein Potentialunterschied (=Spannung)
vorhanden ist. Das heißt, dass vereinfacht gesagt an einem Pol
mehr Elektronen vorhanden sind, als an einem anderen. An
diesem Pol sind die Elektronen, die negativ geladen sind in
der Überzahl und es erfolgt ein Stromfluss zum „positiveren“
Pol.

Gut.
Ein Isolations- oder Trennverstärker ist so aufgebaut, dass unter solchen Bedingungen möglichst keine Ströme fliessen.

Ich möchte nur, dass mir jemand erklärt, wozu dieser Bauteil
gut ist und das vllt. anhand einer Anwendung beispielsweise in
der Messtechnik.

Da sind auch Applikationen im Datenblatt:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/iso122.pdf

Applikationen:
http://focus.ti.com/lit/an/sboa017/sboa017.pdf

Hier kannst du dicha uch noch etwas vergnügen:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/…

Und jetzt noch ein kleiner Denkanstoss:

Stell die vor, du willst einen Datenlogger bauen, der auf 2 Kanälen je eine Spannung messen soll.
Nehmen wir mal diese Schaltung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Astabiele_multivib…
Nehmen wir weiter an, du willst die Basisspannung an T1 und gleichzeitig die Spannung über D1 messen.

Die Masse von 1 Kanal hängst du an den Emitter von T1 und den anderen Anschluss an die Basis von T1.
Soweit so gut.

Wenn die Messkanäle eine gemeinsame Masse haben ist nun aber Schluss !
Sobald du die Masse des 2 Kanals an der Anode oder Kathode von D1 anschliesst, gibt es einen Kurzschluss und die Schaltung läuft nicht mehr !!!

Wenn jeder Messkanal über einen Trennverstärker verfügt kannst du den 2. Kanal nun an die beiden Anschlüsse von D1 anschliessen ohne einen Kurzschluss zu erzeugen.

Alles klar jetzt ??

MfG Peter(TOO)

#8

Bedeutet das jetzt z.B.: das wenn ein Wechselsignal einem sehr
viel größerem Gleichsignal überlagert ist, man es mittels
eines Trennverstärkers isolieren kann oder nicht?

Nein. Wenn ich den Wechselanteil haben will, muss ich den Gleichanteil mit einem Hochpassfilter (im einfachsten Fall einem Kondensator) entfernen. Und für den Gleichanteil mit einem Tiefpassfilter den Wechselanteil.

Brummschleifen sind eine spezielle Form von Störeinstrahlungen, weil z.B. die Erdung/Masse/das Bezugspotential in einer Schleife liegt und induktiv Magnetfelder aufnimmt. Typischer Fall: Über Kabeldose geerdetes Radio an Stereoanlage an der auch ein geerdeter PC angeschlossen ist (kann ich schön zuhause vorführen). Daher habe ich zwischen Radio und Verstärker einen Trennübertrager.

Bzw. welche Probleme können bei Potentialunterschieden auftreten.

Ausgleichsströme, Einstreuungen (Kabel sind auch Antennen).

Das bedeutet, diese Bauteile müssten auch eine Schutzfunktion
besitzen?

Die Schutzfunktion besteht darin, dass keine elektrische Verbindung mehr zwischen der Netzstromversorgung und dem Sensor, der mit dem Körper des Patienten Berührung hat existiert.

Eine andere Anwendung ist z.B. Temperaturmessung an Oberleitungsschleifern. Da sind immerhin 15 kV drauf. Nicht gut für Messgeräte und -personal.

Falls du eine gute Quelle für das Thema Trennverstärker
kennst, wäre ich dir sehr dankbar, wenn du diese posten
könntest.

Nicht ausführlich, aber ein Startpunkt für weitere Recherchen: http://de.wikipedia.org/wiki/Trennverstärker (leider keine Weblinks)

Gruß

Stefan

#9

Da sind auch Applikationen im Datenblatt:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/iso122.pdf

Applikationen:
http://focus.ti.com/lit/an/sboa017/sboa017.pdf

Hier kannst du dicha uch noch etwas vergnügen:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/…

Und jetzt noch ein kleiner Denkanstoss:

Stell die vor, du willst einen Datenlogger bauen, der auf 2
Kanälen je eine Spannung messen soll.
Nehmen wir mal diese Schaltung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Astabiele_multivib…
Nehmen wir weiter an, du willst die Basisspannung an T1 und
gleichzeitig die Spannung über D1 messen.

Die Masse von 1 Kanal hängst du an den Emitter von T1 und den
anderen Anschluss an die Basis von T1.
Soweit so gut.

Wenn die Messkanäle eine gemeinsame Masse haben ist nun aber
Schluss !
Sobald du die Masse des 2 Kanals an der Anode oder Kathode von
D1 anschliesst, gibt es einen Kurzschluss und die Schaltung
läuft nicht mehr !!!

Wenn jeder Messkanal über einen Trennverstärker verfügt kannst
du den 2. Kanal nun an die beiden Anschlüsse von D1
anschliessen ohne einen Kurzschluss zu erzeugen.

Alles klar jetzt ??

Danke!

Jetzt verstehe ich wozu ein Trennverstärker gebraucht wird. Ist wirklich nicht schwer.
Das bedeutet ein Trennverstärker stellt eine Art Trennwand oder Barriere dar.

Er wird daher auch bei Messungen am Menschen verwendet um im Kurzschlussfall große Ströme vom Körper fernzuhalten.

Danke auch für die Links.

#10

Zwei Fragen hätte ich aber doch noch.

Wozu benötigt man in dieser Schaltung http://www.analog.com/static/imported-files/images/P…
die Modulatoren bzw. Demodulatoren?
Wieso muss das zu übertragende Signal moduliert werden?

Und:

Was gibt der Kennwert der Nonlinearity also der Nichtlinearität an?
Wie muss ich diesen bei der Dimensionierung und Auswahl meines Trennverstärkers beachten?

Ich bedanke mich bereits jetzt bei dir für die erbrachte Geduld.

#11

knapp daneben

Er wird daher auch bei Messungen am Menschen verwendet um im
Kurzschlussfall große Ströme vom Körper fernzuhalten.

Es geht um eine elektrische Trennung (Isolation). Zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Trennverstärkers ist keine elektrische Verbindung messbar. So wie bei einem Trennübertrager auch.

Gruß

Stefan

#12

Hallo Fragewurm,

Wozu benötigt man in dieser Schaltung
http://www.analog.com/static/imported-files/images/P…
die Modulatoren bzw. Demodulatoren?
Wieso muss das zu übertragende Signal moduliert werden?

Ein DC-Signal kann man nicht über einen Transformator übertragen. Also muss man sich etwas einfallen lassen !

Was gibt der Kennwert der Nonlinearity also der
Nichtlinearität an?

Willkommen in der Welt der realen Bauteile !!

In der obigen Schaltung ist theoretisch
VOUT = 1 * VSIG
Praktisch ist der Faktor 1 nicht ganz konstant !!

Wie muss ich diesen bei der Dimensionierung und Auswahl meines
Trennverstärkers beachten?

Die Nichtlinearität bestimmt, zusammen mit anderen Parametern, die Genauigkeit.

MfG Peter(TOO)

#13

Danke recht herzlich!

Du hast mir wirklich weitergeholfen.

Mit freundlichen Grüßen