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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Amplitudenmessung eines Sinus


Autor: Alex H. (zen)
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Hallo!
Ich möchte die Amplitude eines Sinussignals eines Schwingkreises messen. 
Ich hab das jetzt schon mit einer Integrationsschaltung probiert aber 
das haut einfach nicht hin. Könnt ihr mir mal bitte einen Tipp geben wie 
das geht? Danke

MfG Zen

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Was für eine Integrationsschaltung?
Was für eine Frequenz?
Was haut einfach nicht hin?

Autor: Alex H. (zen)
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Sowas

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thum...

Wobei ich noch einen Spannungsteiler an den - gemacht habe.

Die Frequenz am Schwingkreis ändert sich. Die ist nicht fix.

Ich will die Amplitude als eine Spannung ausgeben, die ich mit einem ADC 
messen kann.

Autor: Der Unbekannte #2 (Gast)
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Naja, wenn Du einen Sinus integrierst kommt ja rein rechnerisch auch nur 
wieder phasenverschobener Sinus heraus...

In welchem Bereich liegen denn Frequenz und Amplitude Deines Signals? 
Davon hängt ab, was man tun kann. Meistens läuft es in irgendeiner Form 
auf eine Gleichrichtung des Signals hinaus.

Autor: Alex H. (zen)
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Die Frequenzen ändern sich eben, aber ich sag jetzt einfach mal zw 
1-150kHz.
Normalerweise hat der Schwingkreis 50kHz. Wenn ich jetzt was vor die 
Spule halte (Metall) ändert sich die Frequenz und Amplitude was ich eben 
messen möchte.

Ausgangsamplitude kann ich frei wählen über die Eingangsspannung 5-12V 
möglich

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Wenn du vor R noch eine Diode hängst (Anode nach links), dann werden nur 
die positiven Halbwellen integriert - der Integrator lädt sich auf 
Spitzenspannung - Durchlaßspannung der Diode auf.

Autor: 6789 (Gast)
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Amplitudenmessung zB einen LT5505 nehmen. Die untere Grenzfrequenz von 
300MHz kannste vergessen, das ist eine Sache der Videobandbreite und der 
Kopplung.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Alex H. wrote:
> Hallo!
> Ich möchte die Amplitude eines Sinussignals eines Schwingkreises messen.
> Ich hab das jetzt schon mit einer Integrationsschaltung probiert aber
> das haut einfach nicht hin. Könnt ihr mir mal bitte einen Tipp geben wie
> das geht? Danke
>
> MfG Zen

1 bis 150 khz ist ja nun nicht so anstrendgend.
Normalerweise funktionieren diese Messgeräte gut:

- ein Breitbandvoltmeter.  oder wenn man hat:
- ein selektives Voltmeter (nicht nötig, aber schadet auc hnicht).  oder
- ein gutes Multimeter, im AC-Bereich
- ein selbstaufgebauter Gleichrichter. Für 150kHz geht es bequem mit 
schnellen OP-Amps.



hth,
Andrew

Autor: Der Unbekannte #2 (Gast)
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Hier ist ein Link, der ein "wenig" Input liefert:

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Die oberste Schaltung mit einem nachgeschalteten Integrator und fertig.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Ich möchte die Amplitude eines Sinussignals eines Schwingkreises messen.
> Ich hab das jetzt schon mit einer Integrationsschaltung probiert aber
> das haut einfach nicht hin. Könnt ihr mir mal bitte einen Tipp geben wie
> das geht? Danke

Hallo Zen,

das Problem bei der geposteten Integrierschaltung ist der Kondensator.
Wenn die Eingangsspannung auch nur einen winzigen Gleichanteil hat (oder 
der OPV eine Offsetspannung), lädt sich der Kondensator immer weiter 
auf.
Du solltest also einen Widerstand parallel zum Kondensator schalten.

Eine relativ einfache Alternative zur Spannungsmessung ist vielleicht 
der Spitzenwertgleichrichter, den Du hier beschrieben findest:
http://www.space.unibe.ch/physprak/skripten/winter...

Du solltest darauf achten, daß der OPV kapazitive Lasten treiben kann, 
sonst schwingt er. Gegen Schwingungen hilft auch ein kleiner Widerstand 
rechts von der Rückkopplung.

  |\
  | /---Diode--*--- R ----*
|-|/           |          |
|              |         ---
---------------*         ---
                          |
                           GND

Evtl. kannst Du auch noch einen (großen) Widerstand parallel zum 
Kondensator schalten, damit sich der Kondensator langsam entladen kann 
(Zeitkonstante: mindestens mehrere Periodendauern der Sinusschwingung).



Gruß,
  Michael

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Michael Lenz wrote:
> Du solltest darauf achten, daß der OPV kapazitive Lasten treiben kann,
> sonst schwingt er. Gegen Schwingungen hilft auch ein kleiner Widerstand
> rechts von der Rückkopplung.
>
>   |\
>   | /---Diode--*--- R ----*
> |-|/           |          |
> |              |         ---
> ---------------*         ---
>                           |
>                            GND
>
> Evtl. kannst Du auch noch einen (großen) Widerstand parallel zum
> Kondensator schalten, damit sich der Kondensator langsam entladen kann
> (Zeitkonstante: mindestens mehrere Periodendauern der Sinusschwingung).
>

Nicht nur kannst, sondenr mußt schalten. Sonst geht das Richtung 
Spitzenwertspeicherschaltung - ist meist weniger gefragt bei Messungen 
an Schwingkreisen.

Und wenn der weiteren Widerstand parallel zum Kondensator liegt UND man 
den unteren OPV Eingang direkt an den Kondensator legt: Dann misst diese 
obige Schaltung sogar besser und vor allem: richtig ,-))


hth,
Andrew

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Andrew,

Du empfiehlst ja offenbar so eine Schaltung:

   |\
   | /---Diode------ R1----------*
 |-|/                            |
 |                               |
 --------------------------------*----*
                                 |    |
                                 |    |
                                ---   R2
                              C ---   |
                                 |    |
                                 |____|
                                       GND


Ein OPV läßt sich häufig als Tiefpaß 2. Ordnung (2 RC-Glieder) 
modellieren. Das macht alleine maximal 180° Phasendrehung bei hohen 
Frequenzen und führt noch nicht zum OPV-Schwingen bei kapazitiver Last.

Erst durch ein zusätzliches RC-Glied, z. B. R1-C, kann die 
Schwingbedingung erfüllt werden. Ein R1 brauchst Du - sofern es sich 
noch innerhalb der Rückkopplung befindet - nicht selbst einzubauen. Es 
befindet sich schon ein solches serielles R in der Größenordnung 
200...500 Ohm im OPV.

Daher hilft nach meinem Verständnis das R1 nicht gegen die Schwingungen. 
Es hilft nur dann, wenn es außerhalb der Rückkopplung auftritt.

Also entweder so (mit einem OPV, der kapazitive Lasten treiben kann:

   |\
   | /---Diode--*----------*---*
 |-|/           |          |   |
 |              |         ---  R
 ---------------*         ---  |
                           |   |
                            GND



oder so:

   |\
   | /---Diode--*----R1----*---*
 |-|/           |          |   |
 |              |         ---  R2
 ---------------*         ---  |
                           |   |
                            GND

mit einem OPV, der keine kapazitiven Lasten treiben kann.

Oder Du liest Dich genauer in die Lead-Kompensation ein. Dabei kenne ich 
mich dann aber zu wenig aus.




Gruß,
  Michael

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Michael Lenz wrote:
> Hallo Andrew,
>
> Du empfiehlst ja offenbar so eine Schaltung:
>
>    |\
>    | /---Diode------ R1----------*
>  |-|/                            |
>  |                               |
>  --------------------------------*----*
>                                  |    |
>                                  |    |
>                                 ---   R2
>                               C ---   |
>                                  |    |
>                                  |____|
>                                        GND
>


Ja genauso machen wir das hier seit 25 Jahren. und es funktioniert ohne 
großen Aufwand und Streß  mit hoher Genauigkeit.

>
> Ein OPV läßt sich häufig als Tiefpaß 2. Ordnung (2 RC-Glieder)
> ...(algemein OP-Theorie weggeschnitten...9
> Also entweder so (mit einem OPV, der kapazitive Lasten treiben kann:
>
>    |\
>    | /---Diode--*----------*---*
>  |-|/           |          |   |
>  |              |         ---  R
>  ---------------*         ---  |
>                            |   |
>                             GND
>


So wäre zumindest die Ganuigkeit gegeben da der OPV innerhalb der 
Rückkopplungsschleife liegt.
>
>
> oder so:
>
>    |\
>    | /---Diode--*----R1----*---*
>  |-|/           |          |   |
>  |              |         ---  R2
>  ---------------*         ---  |
>                            |   |
>                             GND
>
> mit einem OPV, der keine kapazitiven Lasten treiben kann.

so eben gerade nicht, weil so der R1/R2 Spanungsteiler nach dem 
invertierenden Eingang liegt. Außerhalb der Rückkopplungsschleife.


>
> Oder Du liest Dich genauer in die Lead-Kompensation ein. Dabei kenne ich
> mich dann aber zu wenig aus.

Könnte ich mich sicher einlesen, allerdings bringt mir das hier für die 
Praxis wenig - wie oben beschrieben funzt das in der obersten Schaltung 
angegeben Prinzip hier bestens seit Jahren - also zur Zeit besteht da 
kein Grund davon abzuweichen.



bye,
Andrew

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Andrew,

>> Du empfiehlst ja offenbar so eine Schaltung:
>>
>>    |\
>>    | /---Diode------ R1----------*
>>  |-|/                            |
>>  |                               |
>>  --------------------------------*----*
>>                                  |    |
>>                                  |    |
>>                                 ---   R2
>>                               C ---   |
>>                                  |    |
>>                                  |____|
>>                                        GND
> Ja genauso machen wir das hier seit 25 Jahren. und es funktioniert ohne
> großen Aufwand und Streß  mit hoher Genauigkeit.
Dann habt ihr den richtigen OPV - wahrscheinlich mit sehr niedrigem 
Verstärkungs-Bandbreite-Produkt; das hatte ich ja nicht ausgeschlossen.
Du kannst ja mal zum Spaß einen schnellen OPV nehmen, z. B. MAX4107. 
Dann schwingt er wahrscheinlich nur noch.



Gruß,
  Michael

Autor: mec (Gast)
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Hab jetzt nicht alles gelesen.
Kann man das auch so machen:
Man hängt an das Sinussignal einen Impedanzwandler, und an dem einen 
Kondensator, wo man dann die Spannung messen kann. Und wenn der 
Kondensator zu klein für die Messung ist, noch einen 
(Instrumenten)Verstärker.

Also ich meine es so, das der Kondensator immer auf Spitzenspannung 
aufgeladen ist, und man die Spannung vom Kondensator misst. Da müsste 
glaube ich noch eine Diode in reihe zum C, und der Spannugsabfall an der 
Diode muss beachtet werden.
Nur so eine Idee.;)

Autor: aha (Gast)
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Schoen solche Detektoren mal theoretisch zu betrachten. Wenn man aber 
etwas messen will, ist kaufen guenstiger und besser. Der guenstigste 
verfuegbare Analog Devices detektor ist der AD8319 fuer 3.19$(digikey), 
der bringt 45dB und mit einem Tiefpass am Ausgang geht auch auf DC 
runter. Ein guter LinearTechnology Detektor ist der LT5507, der bringt 
auch 46dB, kostet 2.21$. Mit einem 10u Keramik am Eingang geht der auch 
fast auf DC runter. Die detektierbaren -34dBm ensprechen noch 12mVpp.

Autor: mec (Gast)
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Sehe gerade, das ihr meinen Vorschlag ja schon geschrieben habt ;) 
schähm
sollte man vorher doch alles durlesen ;)

Die diode liegt in der Rückkopplung um so gleich den Spannungsabfall zu 
kompensieren, oder?

Autor: TurboAo (Gast)
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Ich habe das mit LTSpice diese Schaltung simuliert:
>
>    |\
>    | /---Diode------ R1----------*
>  |-|/                            |
>  |                               |
>  --------------------------------*----*
>                                  |    |
>                                  |    |
>                                 ---   R2
>                               C ---   |
>                                  |    |
>                                  |____|
>                                        GND


Als Eingang habe ich Sinus 200kHz mit 5V Amplitude angelegt. Am Ausgang 
kam eine Spannung von etwa 4V. Warum nicht 5V?

Autor: Frederik Krämer (n0ll4k)
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Weil die Diode einen Spannungsabfall verursacht...

Autor: TurboAo (Gast)
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was macht man, wenn man Amplituden von Sinusspannungen unter 0.7V messen 
möchte? Wie kann man diesen Spannungsabfall korrigieren?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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TurboAo schrieb:
> Als Eingang habe ich Sinus 200kHz mit 5V Amplitude angelegt. Am Ausgang
> kam eine Spannung von etwa 4V. Warum nicht 5V?

Weil dein OP zu langsam ist. Probier das ganze mal mit 20 Khz.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Helmut Lenzen schrieb:
> TurboAo schrieb:
>> Als Eingang habe ich Sinus 200kHz mit 5V Amplitude angelegt. Am Ausgang
>> kam eine Spannung von etwa 4V. Warum nicht 5V?
>
> Weil dein OP zu langsam ist.

... oder R1 zu groß oder R2 zu klein oder C zu klein oder der Ausgangs-
widerstand des OpAmps zu groß oder die obere Ausgangsspannungsgrenze des
OpAmp erreicht ...

TurboAo schrieb:
> was macht man, wenn man Amplituden von Sinusspannungen unter 0.7V messen
> möchte? Wie kann man diesen Spannungsabfall korrigieren?

Der Spannungsabfall an der Diode ist nicht schlimm, da er durch den
OpAmp kompensiert wird, falls alle anderen Randbedingungen stimmen.

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