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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Offsetspannung eliminieren


Autor: ChristophW (Gast)
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Hi!

Folgendes Problem:

Ein PWM Signal 220Hz mit Duty-Cycle von 5%-95% soll (möglichst einfach) 
in ein Analog-Signal von 0-10V gewandelt werden. Dieses geschieht hier 
mit einem aktiven Tiefpass inkl. Spannungsteiler)

Nun das eigentliche Problem:
Die Grenzwerte 0 bzw. 10V MÜSSEN hier erreicht werden, dh. ein Offset 
(5%, also 1,2V) muss hier eliminiert werden.
Eine Negative Spannung (zB -1,2V) Steht dazu nicht zur Verfügung. 
(Betriebsspannung ist +24V geregelt auf 15V per 7815)

Klar ausgedrückt?
Würde mich freuen wenn mir jemand helfen kann!

Autor: Praktikant (Gast)
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Wo kommt denn der Offset eigentlich her?

Autor: Argh (Gast)
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Das sind 5% von 24 V. Aber wieso?

Autor: Argh (Gast)
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Ach so, das PWM Signal hat wohl 24 V

Autor: Anonym (Gast)
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2 Dioden in Serie Schalten => 0,6V + 0,6V = 1,2V

Autor: yalu (Gast)
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Prinzipiell geht es mit einem Tiefpass und einem OPV in nichtinvertie-
render Verstärkerschaltung, bei dem zusätzlich ein Widerstand vom
invertierenden Eingang gegen die positive Versorgungsspannung
geschaltet wird. Das Verhältnis der drei Widerstände zueinander muss
entsprechend den Logikpegeln des PWM-Signals dimensioniert werden.

Allerdings ist zu beachten, dass der Ausgang eines OPV nie ganz bis an
die negative Versorgungsspannung herabreicht. Da diese bei dir 0V ist,
sind 0V am Ausgang nicht exakt zu realisieren. Man kommt mit
geeigneten Maßnaahmen (Rail-to-Rail, zusätzlicher Pulldown-Widerstand
am Ausgang usw.) sehr dicht an das Ideal heran, erreicht es aber
nicht, schon gar nicht, wenn der Ausgang belastet wird. Am oberen Ende
des Ausgangsspannungsbereichs sieht es entsprechend aus, wenn die
positive Versorgungsspannung erreicht werden soll.

Deswegen folgende Fragen:

- Wie groß darf der Fehler in der Ausgangsspannung maximal sein?
- Wie sieht die Last am Ausgang aus?
- Welche Versorgungsspannungen stehen zur Verfügung? Nur die 10V, oder
  gibt es auch höhere?

Autor: ChristophW (Gast)
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zu den ersten drei Antworten:
PWM 24V mit Duty Cycle 5% - 95% entspricht nem Mittelwert von 1,2V bis 
22,8V. Daher der Offset.

@Anonym:
Hört sich fast schon zu einfach an. Naja, manchmal kommt man ja auf die 
einfachsten Sachen nicht! Werds gleich probieren

@yalu:
Also der Tiefpass (aktiv, d.h. inkl. OPV) funktioniert soweit, und davor 
ist halt ein Spannungsteiler. Nun habe ich also statt 1,2V - 22,8V 
hinter dem Spannungsteiler 0,5V - 10V. Die obere Grenze lässt sich ja 
durch Dimensionierung des ST entsprechend modifizieren.
Exakt 0V ist eh nicht möglich, klar. Der OPV schafft hier ein Minimum 
von 50mV. Das sollte auch reichen.

Zu den Fragen:

Q: - Wie groß darf der Fehler in der Ausgangsspannung maximal sein?
A: - < 100mV

Q: - Wie sieht die Last am Ausgang aus?
A: - Messeingang, ca. 200k

Q: - Welche Versorgungsspannungen stehen zur Verfügung? Nur die 10V, 
oder
  gibt es auch höhere?
A: - +24V bzw. +15V (per 7815) für den OP

Ergänzung: hatte auch schonmal an eine lösung mit TC7660 gedacht (pos. 
zu neg. Spannungsconverter). Wollte also damit einfach den Offset mit 
ner entsprechend negativen Spannung eliminieren.

Danke schonmal, Gruß Christoph

Autor: yalu (Gast)
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Mit folgender Schaltung, bestehend aus einem OPV und drei Widerständen,
sollte es gehen:

- Der Eingang der Schaltung ist der nichtinvertierende Eingang des
  OPV.
- Der Ausgang der Schaltung ist der Ausgang des OPV.
- R1 liegt zwischen der positiven Versorgungsspannung und dem
  invertierenden Eingang des OPV.
- R2 liegt zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des
  OPV.
- R3 liegt zwischen dem invertierenden Eingang des OPV und Masse.

Folgende Varieblennamen werden in der Berechnung verwendet:

  ue:  Eingangsspannung
  ueu: minimale Eingangsspannung
  ueo: maximale Eingangsspannung
  ua:  Ausgangsspannung
  uau: minimale Ausgangsspannung
  uao: maximale Ausgangsspannung
  u0:  Versorgungsspannung des OPV
  r1:  R1
  r2:  R2
  r3:  R3

Die Ausgangsspannung der Schaltung ist

  ua(ue) = (((r2+r1)*r3+r1*r2)*ue-r2*r3*u0)/(r1*r3)

Damit ua(ueu)=uau und ua(ueo)=uao ist, müssen die Widerstände wie
folgt dimensioniert werden.

  r2   beliebig
  r1 = -r2*u0*(ueu-ueo)/(uao*ueu-uau*ueo)
  r3 = r2*u0*(ueu-ueo)/(uao*ueu-u0*ueu-uau*ueo+u0*ueo+u0*uau-u0*uao)

Beispiel: Für ueu=0,5V, ueo=9,5V, uau=0V, uao=10V, u0=24V und
r2=1kOhm sind

  r1 = 43,2kOhm   r3 = 11,4kOhm

Für u0=15V sind

  r1 = 27,0kOhm   r3 = 13,5kOhm

Du kannst für r2 natürlich auch andere Werte ausprobieren, um näher
and die Standardwerte der E-Reihen heranzukommen.

Der Ausgangsspannungsbereich uao-uau muss größer als der
Eingangsspannungsbereich ueo-ueu sein, da beim nichtinvertierenden
Verstärker die Verstärkung immer >=1 ist. Mit deinem Spannungteiler
von 24V auf 10V ist das aber schon gegeben.

Da die Last ziemlich hochohmig und die Versorgungspannung deutlich
größer als die maximale Ausgangsspannung ist, sollte als OPV fast
jeder Single-Supply-Typ gehen.

Ich hoffe, dass sich in die obigen Überlegungen keine Rechen-/
Tippfehler eingeschlichen haben ;-)

Autor: Chris W. (squid1356)
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hi!

vielen dank für die Lösung! leider wurde das Projekt in meiner Firma 
letztendlich anders realisiert, daß ich die Schaltung garnicht richtig 
testen konnte...

Trotzdem vielen Dank für die Lösungsvorschläge!!

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