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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Analogsignal digitalisieren


Autor: danny (Gast)
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Hallo Zusammen,

ich kämpfe gerade mit einem analogen Signal (siehe gelbes Signal im 
Anhang).

Es handelt sich um ein periodisches Signal (+- 1,5V) also VSS 3V und ich 
würde gerne ab +0.3V eine logische EINS haben.

OK, mein Ansatz war nun, nehme eine LM393 Komparator , stelle 0.3V IN- 
ein, und hänge das analoge Signal an IN+.
Versorgt habe ich den LM393 mit +5V und GND.

Dummerweise mag er aber die negativen Spannungen gar nicht (stand ja 
auch so im Datenblatt) und schaltet wild rum wenn IN+ unter GND geht.

Eine Diode vorschalten würde das zwar beheben, aber dann fallen mit ja 
immer 0.7V über die Diode ab :(

Kennt jemand ne einfache Lösung?

BTW: An Komparator mit +5V und -5V versorgen habe ich auch schon 
gedacht, nur habe ich keine -5V in der Schaltung.

Danke schon mal

Autor: Lachender (Gast)
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Schottkydiode?

Autor: Gast (Gast)
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Statt der Diode kannst du ja auch einen Transistro verwenden, der die 
negativen Teile nach GND ableitet und den Rest nicht beeinflusst. Das 
funktioniert aber erst ab ca. -0,7V

Autor: Jürgen Berger (hicom)
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je nach dem, wo dein Signal herkommt, könntest du dir einen virtuellen 
Bezugspunktvon +2,5V schaffen und dein Eingangssignal darauf beziehen.

Autor: Gast (Gast)
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So würd ich sagen

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Vielleicht ist das anschlaulich genug.

Autor: gast (Gast)
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>Dummerweise mag er aber die negativen Spannungen gar nicht (stand ja
>auch so im Datenblatt) und schaltet wild rum wenn IN+ unter GND geht.
Ich sehe aber nix.

Du kannst aus dem + Eingang auch mit einer Diode eine Hilfsspannung 
geben und so verhindern das die Spannung unter 0 Volt fällt.

Autor: danny (Gast)
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Also virtueller Bezugspunkt fällt aus..da ich eine fixe Masse vom Signal 
habe.

Wenn ich einen PNP rein schalte wird der auch erst ab -0.7V 
durchschalten und 0 - -0.7V weiter an den Komparator durch lassen, oder?

Dass mit der Diode für Hilfspannung ist mir nicht ganz klar, was bringt 
das?

Danke für eure Hilfe!

Autor: gast (Gast)
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Wenn die Eingangsspannung unter ~0 Volt fällt, fängt die Diode an zu 
leiten und verhindert damit das die Spannung am Eingang unter 0 Volt 
fällt.
Die 0,7Volt kannst du auch aus einem Spannungsteiler holen.
Da die Diode schon ab ca. 0,6Volt anfängt zu leiten hast du am Positiven 
Eingang immer so 0-100mV übrig, wenn das Eingangssignal negativ ist.

Autor: danny (Gast)
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@gast: Danke! das probier ich gleich mal aus ;)

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Wieso habe ich da eigentlich "ADC" hingeschrieben? Nicht soo wichtig...
Naja, man kann mit dieser Schaltung das (Sinus-) Signal auf eine 
virtuelle Masse anheben, um die herum es schwingen darf (der 
Spannungsteiler ist symmetrisch aufgebaut).
Die Vergleichsspannung des Komparators muß man dann auch um diese 
"Masse-Spannung" anheben.

Autor: yalu (Gast)
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Ein Vorwiderstand von 47K vor IN+ und eine Schottky-Diode von GND nach
IN+ genügen. Der Effekt des Phase-Reversal tritt erst bei etwa -0,5V
auf. Wegen des geringen Stroms durch den Vorwiderstand hat die Schottky-
Diode bei einer Eingangsspannung von -1,5V einen Spannungsabfall von
etwa -0,1V und bei -30V einen von etwa -0,2V. Da ist also noch genügend
Reserve.

STK500-Besitzer schrieb:
> Wieso habe ich da eigentlich "ADC" hingeschrieben? Nicht soo wichtig...
> Naja, man kann mit dieser Schaltung das (Sinus-) Signal auf eine
> virtuelle Masse anheben, um die herum es schwingen darf (der
> Spannungsteiler ist symmetrisch aufgebaut).

Das setzt aber voraus, dass der DC-Anteil des Eingangssignals immer
gleich ist, sonst verschiebt sich mit ihm auch der Umschaltpunkt.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Das setzt aber voraus, dass der DC-Anteil des Eingangssignals immer
>gleich ist, sonst verschiebt sich mit ihm auch der Umschaltpunkt.

Hinter einem Kondensator interessiert DC doch (fast) gar nicht.

Autor: yalu (Gast)
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STK500-Besitzer schrieb:
>> Das setzt aber voraus, dass der DC-Anteil des Eingangssignals immer
>> gleich ist, sonst verschiebt sich mit ihm auch der Umschaltpunkt.
>
> Hinter einem Kondensator interessiert DC doch (fast) gar nicht.

Schau dir das Oszibildchen von danny an: Die horizontalen Abschnitte des
Eingangssignals liegen auf 0V. Wenn (ohne Kondensator und virtuelle
Masse) der Schwellwert wie angegeben bei 0,3V liegt, schaltet der
Komparator an den Flanken der positiven Impulse um.

Deine Idee ist es nun (wenn ich dich richtig verstanden habe), eine
virtuelle Masse bei 2,5V einzurichten und das Signal mit der Konden-
sator-Spannungsteiler-Kombination um 2,5V nach oben zu verschieben. Da
das Signal nicht ganz symmetrisch ist, wird es aber um mehr als 2,5V
nach oben verschoben, so dass die horizontalen Abschnitte des Signals am
Komparatoreingang nicht bei 2,5V, wie es schön wäre, sondern etwas
darüber liegen. Stellt man den Schwellwert an IN+ auf 2,5V+0,3V, kann es
also passieren, dass der Komparator nun an den Flanken der negativen
Impulse umschaltet.

Man kann jetzt natürlich den Schwellwert um so viel nach oben korrigie-
ren, wie es dem DC-Anteil des ursprünglichen Signals entspricht, dann
stimmt wieder alles. Dazu muss muss man aber den DC-Anteil des Signals
vorher kennen, d.h. er darf sich nicht verändern.

Autor: danny (Gast)
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.. nur mal als zusätzliche Info: Frequenz und Amplitude sind variabel

Autor: danny (Gast)
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Öhmm.... es gibt doch sicher auch OPs denen ein IN kleiner V- "wurscht" 
ist?
Das würde die Sache ungemein vereinfachen :)

Autor: danny (Gast)
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Hier noch ein Auszug aus dem Datenblatt:
"The low input voltage state must not be less than −0.3V (or 0.3V below 
the magnitude of the negative power supply,
if used)"

Autor: yalu (Gast)
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danny schrieb:

> Öhmm.... es gibt doch sicher auch OPs denen ein IN kleiner V-
> "wurscht" ist?

Es gibt ein paar "below-the-Rail"-Typen, ich habe aber keine Bezeichnung
im Kopf. Sie dürften auch schwer zu beschaffen und teuer sein.

OpAmps mit Mosfet-Eingängen (Beispiel: TS912) haben kein Phase-Reversal.
Trotzdem darf die Eingangsspannung nicht unter -0,3V oder -0,5V gehen,
da sonst die eingebauten Schutzdioden leitend und bei zu großen Strömen
zerstört werden, wobei letzteres durch einen Vorwiderstand verhindert
werden kann.

Der TS912 ist allerdings ein gutes Stück langsamer als der LM393.

> Das würde die Sache ungemein vereinfachen :)

Machen der zusätzliche Widerstand und die Schottky-Diode die Sache denn
sooo kompliziert?

> Hier noch ein Auszug aus dem Datenblatt:
> "The low input voltage state must not be less than −0.3V (or 0.3V
> below the magnitude of the negative power supply, if used)"

Das sind die oben von mir genannten -0,5V plus etwas Sicherheit. Mit dem
Widerstand und der Schottky-Diode als Begrenzung hältst du dieses Limit
aber ein. Wichtig ist, dass ein Schottky-Typ verwendet wird, mit einer
PN-Diode wird es schon etwas knapp.

Autor: danny (Gast)
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@yalu: Aufbau etwa so wie im Anhang?

Wenn also die Eingangsspannung unter -0.3V sinkt wird die Diode leitend 
und lieht IN+ auf GND....richtig?

Autor: yalu (Gast)
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Ja, genau.

Autor: danny (Gast)
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@yalu: Funktioniert perfekt! Vielen Dank nochmal :)

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