Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sinus-Funktion mit unbekannter Amplitude skalieren


von Michael S. (rbs_phoenix)


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Hallo zusammen.

Ich habe mal eine Frage bzw ich brauche einen Denkanstoß. Ich brauche 
eine Schaltung, die eine Wechselspannung "begrenzt" oder genauer 
runterskaliert. Sprich, eine Sinus-Welle soll eine Sinus-Welle bleiben, 
jedoch mit einer definierten Amplitude von z.B. 1V. Das Problem ist 
aber, dass das Eingangssignal keine bestimmte Amplitude hat. Wäre es 
fest 0.5V, würde ich einen OP nehmen und um 2 Verstärken. Doch das ist 
ja eben nicht der Fall. Da das Eingangssignal keine bestimmte, aber eine 
stabile Amplitude hat, dachte ich daran, den Spitzenwert zu messen und 
dementsprechend über einen DAC und OP die Amplitude auf 1V zu bringen. 
Doch das scheint mir irgendwie zu "kompliziert" und wollte fragen, wie 
man das sonst so machen könnte. Man könnte auch vorher mit einem 
Multimeter messen und dementsprechend die Verstärkung mit einem Trimmer 
abstimmen, doch dann müsste ich bei jeder Schaltung vorher messen, zudem 
hat die andere Variante den Vorteil, dass eventuell doch auftretende 
Abweichungen ausgesteuert werden. Man könnte auch eine kleine Abänderung 
machen und misst den Spitzenwert nach dem OP, sodass es eine Regelung 
wird, also wenn die Amplitude < 1V ist, mehr verstärken und wenn > 1V 
dann weniger.

Es sollte schon so +-5 bis 10 mV genau sein. Das nächste Problem wäre, 
wie messe ich den Spitzenwert? Da die Frequenz von DC bis ca 35MHz 
gehen, kann ich (mit der geplanten Hardware) nicht Abtasten und den 
Spitzenwert suchen (müssten dann ja bestimmt mindestens 500Msps sein), 
doch ein Kondensator verfälscht die Sinus-Form. Eine Diode vor dem 
Kondensator hat aber auch wieder einen Spannungsabfall, der zudem auch 
noch Temperaturabhänig ist.

Hat jemand einen Tipp oder Rat für mich, wie ich das lösen könnte?

Ich hab auch schon dran gedacht, dass man einen Schmitt-Trigger nimmt 
und die Schaltschwelle per DAC vorgibt. So könnnte man sich pro 
Halbwelle sukzessive annähern. Also z.B.:
Schwelle auf 2.5V. Kommt ein Takt, dann ist die Amplitude größer -> 
Schwelle auf 3.75V. Kommt kein Takt, dann ist die Amplitude kleiner -> 
...
Bei einem 12bit DAC bräuchte man also 12 Perioden, was kein Problem ist, 
da die Amplitude sich wenn dann nur sehr langsam ändert.

Es mangelt nicht umbedingt an Ideen, doch es kommt mir so vor, als wären 
meine Ideen "nicht Fisch und nicht Fleisch".

Off-Topic: Eine zusätzliche Frage mal. Wo sollte diese Frage am Besten 
hin? Ins Analog-Technik-Forum oder Elektronik. Denn ansich ist es ja 
Analog-Technik, doch Analog-Technik gehört zur Elektronik ;)

: Verschoben durch Moderator
von Fritz (Gast)


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Michael Skropski schrieb:
> Es sollte schon so +-5 bis 10 mV genau sein. Das nächste Problem wäre,
> wie messe ich den Spitzenwert? Da die Frequenz von DC bis ca 35MHz

Du solltest deine Anforderungen doch etwas genauer präzisieren! DC macht 
für mich keinen Sinn! Wie soll man das "runterskalieren"? 1V kann 50% 
von 2V sein oder 10% von 10V oder 400% von 0,25V?
Obere Grenzfrequenz 35MHz? Ist das wirklich notwendig und dann mit einer 
Genauigkeit mit mindestens +/-0,5% bei 35MHz? Welche Eingangsspannungen 
erwartest du? Mit welcher Änderungsgeschwindikeit der Frequenz und der 
Amplitude rechnest du?

Michael Skropski schrieb:
> gehen, kann ich (mit der geplanten Hardware) nicht Abtasten und den
> Spitzenwert suchen (müssten dann ja bestimmt mindestens 500Msps sein),
> doch ein Kondensator verfälscht die Sinus-Form.

Laut Abtasttheorem brauchst du nur mehr als 2*35MHz. Nur genügend lang 
messen und du hast den Spitzenwert solange dein Signal in der Messzeit 
stabil ist (deswegen die Frage nach der Änderungsgeschwindigkeit).

Michael Skropski schrieb:
> doch ein Kondensator verfälscht die Sinus-Form.
Wiesodenn, wer sagt das?

von MaWin (Gast)


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Den Spitzenwert bei 35MHz zu messen ist sehr anspruchsvoll.
Weder übliche Spitzenwertgleichrichter noch sample&hold Schaltungen tun 
es da auf deine benötigte Genauigkeit.

Ansonsten wäre es einfach, wenn man maximalen und minimalen Spitzenwert 
hat: Elektronisches Poti (multiplizierenden D/A-Wandler) auf benötigte 
Teilfaktor einstellen. Allerdings lässt so ein Poti/DA-Wandler auch 
keine 35MHz ungedämpft durch, und ist gar nicht in so kleinen Schritten 
einstellbar.

Alles in allem hast du also verloren.

Bei DC kommt als Teiler sowieso 0 raus, Division durch 0 im Kopf ergibt 
bekanntlich einen Schlaganfall.

Eine klassische Schaltung ist der Limiter

                         Verstärker
Signal --Vorwiderstand--+---|>----+-- Ausgangssignal
                        |         |
                       LDR::::Glühlampe
                        |         |
                       GND       GND

aber das führt nur zu einer logarithmischen Begrenzung.

Die üblichen Chips schaffen auch nur 20kHz
NE572
SSM2216

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Da du weißt, dass es sich um ein Sinussignal handelt, kannst du den 
Spitzenwertdetektor durch einen Quadrierer mit anschließendem Tiefpass 
ersetzen, was den halben Spitzenwert liefert und auch für hohe 
Frequenzen anwendbar ist. Von diesem Signal wird der Sollwert subrahiert 
und die Differenz verstärkt an einen VGA gegeben. Das sollte auch bei 35 
MHz noch machbar sein. Ob die gefordete Genauigkeit mit handelsüblichen 
Komponenten (Multiplizierer, VGA) zu erreichen ist, müsste genauer 
untersucht werden.

Bis 0 Hz hinunter kann das Ganze aus den von Fritz genannten Gründen 
natürlich nicht funktionieren.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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MaWin schrieb:
> Den Spitzenwert bei 35MHz zu messen ist sehr anspruchsvoll.
> Weder übliche Spitzenwertgleichrichter noch sample&hold Schaltungen tun
> es da auf deine benötigte Genauigkeit.

Wenn der Sinus eine Weile stabil bleibt, reicht ihm doch auch eine 
Unterabtastung mit z.B. 10 MHz. Mit einem Flash-Wandler à la AD9240 und 
einer nachgeschalteten Maximalwertbildung in µC/DSP kann das 
funktionieren. Die eigentliche Verstärkung ist dann analog.

Toll ist aber anders, eine Lösung ohne Digitalgeraffel wäre deutlich 
eleganter. Mir fällt bloß keine ein.

Max

von Norbert (Gast)


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Yalu X. schrieb:
> Da du weißt, dass es sich um ein Sinussignal handelt, kannst du
> den Spitzenwertdetektor durch einen Quadrierer mit anschließendem Tiefpass
> ersetzen, was den halben Spitzenwert liefert und auch für hohe
> Frequenzen anwendbar ist. Von diesem Signal wird der Sollwert subrahiert
> und die Differenz verstärkt an einen VGA gegeben.

So hätte ich das auch bei einem abtastenden System gemacht.
Die Quadrierung entspricht ja gerade der Leistung des Signals bei 
Normierung auf 1 Ohm:

Durch den Tiefpass bekommst Du dann die die mittlere Leistung des 
Signals. Nur über was für eine Zeit mittelt dann der Tiefpass?
Eigentlich müsste der adaptiv auf Deine Eingangsfrequenz abgestimmt 
sein.
Bringt ja nichts wenn Du nur über eine halbe Periode mittelst. Dann hast 
Du ja nicht die volle Leistung berechnet und Deine Verstärkung wird zu 
groß werden.
Auch kommt es darauf an wie schnell sich die Eingangsfrequenz ändern 
kann.
Man möchte ja nicht das Ergebnis von vor 3 Tagen anliegen haben 
(überspitzt gesagt).

Auf nem DSP hat das bei mir mit nem Gleitenden Mittelwert als TP-Filter 
schon richtig gut Funktioniert. Die Filterlänge wurde da allerdings 
anhand der vorhandenen Frequenzen verändert. Da waren auch Sprünge in 
der Amplitude noch gut möglich ohne zu stark zu verzerren.

Grüße
Norbert

von Norbert (Gast)


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Max G. schrieb:
> Wenn der Sinus eine Weile stabil bleibt, reicht ihm doch auch eine
> Unterabtastung mit z.B. 10 MHz. Mit einem Flash-Wandler à la AD9240 und
> einer nachgeschalteten Maximalwertbildung in µC/DSP kann das
> funktionieren. Die eigentliche Verstärkung ist dann analog.

Blöd wird es nur dann wenn Deine Eingangsfrequenz ein vielfaches Deiner 
Abtastfrequenz ist.
Wie detektierst Du den Maximalwert wenn Du immer an der selben Stelle 
des Sinus abtastest? z.B. wenn Du immer bei Null abtastest?

von Michael S. (rbs_phoenix)


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Fritz schrieb:
> Du solltest deine Anforderungen doch etwas genauer präzisieren! DC macht
> für mich keinen Sinn!

OK, DC direkt nicht, aber so 1 Hz bis vielleicht 0.5Hz

Fritz schrieb:
> Obere Grenzfrequenz 35MHz? Ist das wirklich notwendig und dann mit einer
> Genauigkeit mit mindestens +/-0,5% bei 35MHz? Welche Eingangsspannungen
> erwartest du?

Ansich war das schon mein Ziel. Eingangs-Amplitude kann so zwischen 0.7V 
bis 1.5V liegen.


Fritz schrieb:
> Mit welcher Änderungsgeschwindikeit der Frequenz und der
> Amplitude rechnest du?

Die Amplitude wird sich wie gesagt wenn überhaupt kaum verändern, eben 
durch Temperaturdrift oder durch Bauteilabweichungen, da ich das ganze 
mehrmals aufbauen will. Die Frequenz kann sich ziemlich sprunghaft von 
(worstcase) eben 1Hz bis 35MHz ändern.


Fritz schrieb:
> Laut Abtasttheorem brauchst du nur mehr als 2*35MHz. Nur genügend lang
> messen und du hast den Spitzenwert solange dein Signal in der Messzeit
> stabil ist (deswegen die Frage nach der Änderungsgeschwindigkeit).

Selbst wenn ich die 70Msps realisieren kann (sooo erfahren bin ich auch 
nicht), was ist, wenn ich kurz vor 35 MHz bin, dann dauert es doch ewig, 
bis ich den Maximalwert habe (angenommen, ich Sample zu anfang genau 
beide Nulldurchgänge).


Fritz schrieb:
> Michael Skropski schrieb:
>> doch ein Kondensator verfälscht die Sinus-Form.
> Wiesodenn, wer sagt das?

Ich meine, wenn ich einen Kondensator nehme, und den auf den Spitzenwert 
aufladen lasse, um dann die Spannung zu messen. Doch dann hab ich ja 
eine geglättete Wechselspannung. Nehme ich eine Diode, sodass die 
gleichgerichtete Spannung nicht den Sinus verfälscht, hab ich aber 
wieder einen Spannungsabfall.


Yalu X. schrieb:
> Da du weißt, dass es sich um ein Sinussignal handelt, kannst du den
> Spitzenwertdetektor durch einen Quadrierer mit anschließendem Tiefpass
> ersetzen, was den halben Spitzenwert liefert und auch für hohe
> Frequenzen anwendbar ist.

Klingt interessant. Es kam im Nachhinein betrachtet nicht so ganz durch, 
aber es muss keine Sinusform sein. Es kann auch eine Dreiecksspannung 
sein;) Allerdings wars das dann auch wirklich. Also Sinus oder Dreieck, 
von 1Hz bis 35 MHz.


Ich spiele mein Gedanken mit dem Schmitt-Trigger nochmal weiter durch. 
Das blöde ist nur, dass ich für eine Wandlung dann eine Periode pro Bit 
brauche, sodass es bei kleineren Frequenzen schon einige Zeit dauern 
kann. Allerdings ändert sich die Amplitude auch nicht so schnell.

von Michael B. (laberkopp)


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> Da du weißt, dass es sich um ein Sinussignal handelt, kannst du den
> Spitzenwertdetektor durch einen Quadrierer mit anschließendem Tiefpass
> ersetzen

Wenn er weiss, daß es ein Sinus ist, kann er sich das Quadrieren sparen 
und einfach nur den Mittelwert des gleichgerichteten Signales oder nur 
der positiven Enden bilden und den Spitzenwert daraus zurückrechnen. Das 
könnte sogar bis 35MHz klappen (allerdings funktioniert nicht jede 
Gleichrichter/Abkappungsschaltung bis 35MHz, man könnte sogar sagen: Die 
wenigsten.)

Auch ein Verstärken eines 35MHz Signals besser als 1% genau ist - 
anspruchsvoll. Ein LM358 tut's jedenfalls nicht.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Michael Skropski schrieb:
> Es kam im Nachhinein betrachtet nicht so ganz durch,
> aber es muss keine Sinusform sein. Es kann auch eine Dreiecksspannung
> sein;) Allerdings wars das dann auch wirklich. Also Sinus oder Dreieck,
> von 1Hz bis 35 MHz.

Beim Dreieckssignal musst du den Mittelwert des Quadrats mit 3 (statt 
mit 2 beim Sinus) multiplizieren, um den Spitzenwert zu erhalten. Wenn 
du von vornherein weißt, ob es sich um ein Sinus- oder ein Dreiecksignal 
handelt, kann man diesen Faktor manuell umschaltbar machen, ansonsten 
geht das sicher irgendwie auch automatisch, indem man bspw. elektronisch 
den Anteil der Oberschwingungen bestimmt.

Beim Dreieck muss deine Schaltung wegen der Oberschwingungen aber für 
wesentlich mehr als 35 MHz ausgelegt sein, abhängig von der Bandbreite 
des Eingangssignals.

Michael Bertrandt schrieb:
> Wenn er weiss, daß es ein Sinus ist, kann er sich das Quadrieren sparen
> und einfach nur den Mittelwert des gleichgerichteten Signales oder nur
> der positiven Enden bilden und den Spitzenwert daraus zurückrechnen.

Die Gleichrichtung stellt ja gerade die Schwierigkeit bei solch 
hochfrequenten Signalen dar, vor allem dann, wenn das Ergebnis 
einigermaßen genau sein soll.

von T. F. (sar)


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Es gibt auch fertige Verstärker mit automatic gain control. Ich habe 
hier für einen Aufbau einen AD8367 
(http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8367.pdf) im 
Einsatz. Ich muss allerdings nur den Bereich von 10MHz bis 80MHz 
abedecken. Dafür ist der AD8367 geeignet. Mit automatic gain control 
sehe ich ein Problem für niedrige Frequenzen, aber vielleicht 
funktionierts ja trotzdem.

von Fritz (Gast)


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Michael Skropski schrieb:
>> Laut Abtasttheorem brauchst du nur mehr als 2*35MHz. Nur genügend lang
>> messen und du hast den Spitzenwert solange dein Signal in der Messzeit
>> stabil ist (deswegen die Frage nach der Änderungsgeschwindigkeit).
>
> Selbst wenn ich die 70Msps realisieren kann (sooo erfahren bin ich auch
> nicht), was ist, wenn ich kurz vor 35 MHz bin, dann dauert es doch ewig,
> bis ich den Maximalwert habe (angenommen, ich Sample zu anfang genau
> beide Nulldurchgänge).

Das war nur eine theoretische Grenze, aber wenn du 75Msps nimmst hast du 
den Spitzenwert sicher.

Michael Skropski schrieb:
> Die Amplitude wird sich wie gesagt wenn überhaupt kaum verändern, eben
> durch Temperaturdrift oder durch Bauteilabweichungen, da ich das ganze
> mehrmals aufbauen will. Die Frequenz kann sich ziemlich sprunghaft von
> (worstcase) eben 1Hz bis 35MHz ändern.

Temeraturdrift würde ich aber durch geeignete Bauteilwahl versuchen in 
deb Griff zu bekommen.
Bauteilabweicheungen sollten sich dann in einem Justierschritt beim 
Imbetriebnehmen der Schaltung mit einem Referenzsignal abgeleichen. Das 
kann man entweder analog (Poti) oder digital mit digitaler Gainkontrolle 
und Speichern des Werts im Flash.

Der Meß- und Regelaufwand nur für diese beiden Einflüsse lohnt sich mMn 
nicht.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Angehängte Dateien:

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Ich habe mal eine Schaltung aus drei Multiplizier/Dividierern simuliert. 
Da ich kein Modell des Multiplizieres zu Hand hatte, habe ich ihn als 
B-Quelle realisiert. Damit hat die Schaltung natürlich idealisierte 
Eigenschaften (bspw. keine obere Grenzfrequenz) und ist somit nur als 
Prinzipschaltung zu betrachten.

Wenn man das Ganze real aufbaut, müssen X1 und X3 ausreichend schnell 
sein, X2 und U1 sind unkritisch.

REF1 muss so eingestellt werden, dass X1 und X2 bei den auftretenen 
Eingangspegeln nicht übersteuern.

REF2 muss auf
1
Ausgangsspitzenspannung · (Effektivwert / Spitzenspannung)

eingestellt werden. Dabei hängt der Faktor in Klammern nur von der 
Signalform ab und ist bei Sinus 1/sqrt(2) und bei Dreieck 1/sqrt(3).

Die Zeitkonstante R1·C1 sollte deutlich größer als die Periodendauer des 
Signals sein, da dieses sonst verzerrt wird.

X1, X2, U1, R1 und C1 bilden zusammen einen RMS-Konverter. So etwas kann 
man prinzipiell auch als IC kaufen, man müsste nur nachschauen, ob damit 
der gewünschte Frequenzbereich abgedeckt wird.

X3 dividiert das Eingangssignal durch dessen Effektivwert und 
multipliziert ihn mit REF2, so dass die Ausgangsspannung den gewünschten 
Spitzenwert hat.

Im ersten Bild wird ein Sinussignal von 5V auf 1V abgeschwächt, im 
zweiten Bild ein Dreieckssignal von 0,4V auf 1V verstärkt.

von MaWin (Gast)


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> Ich habe mal eine Schaltung aus drei Multiplizier/Dividierern simuliert.

Es gibt keine 1% genauen Multiplizierer bis 35MHz.

von Udo S. (urschmitt)


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Irgendwie etwas unrealistische Anforderungen:
1 Hz - 35 MHz
+-0,5% Genauigkeit
Sinus, und dann doch wieder Dreieck

Vieleicht sollte der TO die Katze aus dem Sack lassen was das Ganze 
werden soll, oder ist das wieder hochgeheim?

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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MaWin schrieb:
> Es gibt keine 1% genauen Multiplizierer bis 35MHz.

Gibt es überhaupt irgendetwas, was bei 35 MHz auf 1% genau ist? Ich 
schätze, Michael wird diesbezüglich seine Anforderungen sowieso noch 
einmal überdenken müssen.

Beim Dreieckssignal wird es mit der Genauigkeit erst recht eng.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Norbert schrieb:
> Blöd wird es nur dann wenn Deine Eingangsfrequenz ein vielfaches Deiner
> Abtastfrequenz ist.
> Wie detektierst Du den Maximalwert wenn Du immer an der selben Stelle
> des Sinus abtastest? z.B. wenn Du immer bei Null abtastest?

Ja, klar. Ich würde abwechselnd bei zwei verschiedenen Frequenzen mit 
einem eher krummen Verhältnis (z.B. 3:2) abtasten und dann den 
Maximalwert aus beiden nehmen.

Max

von Laie (Gast)


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Michael Skropski schrieb:
> Fritz schrieb:
>> Laut Abtasttheorem brauchst du nur mehr als 2*35MHz. Nur genügend lang
>> messen und du hast den Spitzenwert solange dein Signal in der Messzeit
>> stabil ist (deswegen die Frage nach der Änderungsgeschwindigkeit).
>
> Selbst wenn ich die 70Msps realisieren kann (sooo erfahren bin ich auch
> nicht), was ist, wenn ich kurz vor 35 MHz bin, dann dauert es doch ewig,
> bis ich den Maximalwert habe (angenommen, ich Sample zu anfang genau
> beide Nulldurchgänge).

Ist es nicht möglich, das Signal am Eingang belastungsfrei aufzuspalten, 
um  dann den Spitzenwert per Kondensator zu messen?

von Norbert (Gast)


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Max G. schrieb:
> Ja, klar. Ich würde abwechselnd bei zwei verschiedenen Frequenzen mit
> einem eher krummen Verhältnis (z.B. 3:2) abtasten und dann den
> Maximalwert aus beiden nehmen.
>
> Max

Dann wäre man schon besser aufgestellt.
Allerdings müsstest Du dann halt auch eine Sekunde lang messen!
Du hast ja als untere Frequenz 1Hz angegeben.
Und dass dann bei 2 unterschiedlichen Abtastfrequenzen macht 2 Sekunden 
insgesammt.

von Guido C. (guidoanalog)


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Hallo,

Michael Skropski schrieb:
> Hat jemand einen Tipp oder Rat für mich, wie ich das lösen könnte?

Michael Skropski schrieb:
> Es mangelt nicht umbedingt an Ideen, doch es kommt mir so vor, als wären
> meine Ideen "nicht Fisch und nicht Fleisch".

Hier noch eine Idee ;-)

Bei Deiner Fragestellung ist mir sofort der Begriff "peak programme 
meter" in den Sinn gekommen. Vielleicht hilft Dir dieser Ansatz 
weiter: http://www.elektropage.com/default.asp?tid=552
Es ist natürlich klar, dass Deine Schaltung schneller und ggf. genauer 
sein müsste.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

von amateur (Gast)


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Ich würde sagen eine dingsbumsförmige Spannung kann man nur durch einen 
Begrenzer im Zaume halten.

In dem Moment, in dem Du keine Voraussage zur Kurvenform machen 
kannst/darfst, bist Du in jeder Hinsicht aufgeschmissen.

Ein einfaches Beispiel:
Du hast die Anstiegsgeschwindigkeit eines Signals, mehr hast Du im 
Moment nicht. Ohne Kenntnis der z.B. Frequenz oder Form, kannst Du nicht 
voraussagen wie weit das noch geht.
Ein Signal mit geringer Frequenz kann mit der aktuellen Geschwindigkeit 
noch "ewig" ansteigen und brauch somit eine Begrenzung.
Ein Signal mit hoher Frequenz und geringer Amplitude ist gleich "fertig" 
und kann unverändert durchgehen.

Grafisch kannst Du Dir das am Besten mit einem Dreiecksignal vorstellen. 
Ein bestimmter Anstieg kann nach kurzer Zeit zu ende sein, oder noch 
ewig so weitergehen. Das Dreieck mit der geringen Frequenz muss im Zaum 
gehalten werden, während das Dreieck mit der kurzen Wiederholungszeit 
bequem in deine Grenzen passt.

von Michael S. (rbs_phoenix)


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Ich will einen Frequenzgenerator bauen. Als DDS nehme ich ein AD9834 mit 
einem 67.108.864 Hz Oscillator (0.25Hz Schritte). Dieser gibt einen 
Sinus oder Dreieck als Strom raus, der über ein Widerstand in eine 
Spannung gewandelt wird. Die Ausgangsspannung kann wohl mit 2 
Widerständen bestimmt werden, doch ich finde im DB nirgends eine angabe 
zur Genauigkeit. Dazu gibt es doch noch die parasitären und normalen 
Kapazitäten, die die Spannung ja auch beeinflussen, so dass bei 
steigender Frequenz die Spannung abfallen müsste, da das Xc der 
Kondensatoren mit steigender Frequenz fällt. Und eben noch 
temperaturbedingte Drifts der Bauteile. Das alles wollte ich ausregeln 
und auf 1V bringen, damit ich danach die Amplitude und Offset einfach in 
so 10, 20 oder 50mV Schritten einstellen kann. Die Frequenz will ich mit 
1Hz Schritten bis hoch zu 33,nochwas Mhz einstellbar machen.

von Rainer Z. (razi)


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Hai!

Michael Skropski schrieb:
> Ich will einen Frequenzgenerator bauen.

Ohh.
Mein.
Gott.

Wenn Du mal ein Beispiel fuer eine weitgehend zweckfreie
Diskussion suchst: Nimm diesen Thread.

> Als DDS nehme ich ein AD9834 mit einem 67.108.864 Hz
> Oscillator (0.25Hz Schritte). Dieser gibt einen Sinus oder
> Dreieck als Strom raus, der über ein Widerstand in eine
> Spannung gewandelt wird. Die Ausgangsspannung kann wohl mit 2
> Widerständen bestimmt werden, doch ich finde im DB nirgends
> eine angabe zur Genauigkeit.

Vergiss die Genauigkeit.

Mit normalen Amateurmitteln und ggf. beschraenkter Erfahrung
kannst Du nicht vermeiden, dass der Frequenzgang wellig wird,
und zwar nicht nur beim Erzeugen, sondern auch beim Messen.
Das geht spaetestens bei ca. 10MHz los, und je hoeher die
Frequenz wird, desto groeszer werden i.d.R. die Beulen.

Dazu kommt noch: Tektronix gibt z.B. fuer sein TDS2022 bei AC
eine Genauigkeit von +/-3% an. Die erreichbare Genauigkeit ist
also auch durch die Messmittel beschraenkt.

Was man allerdings erreichen kann (und was praktisch fuer
viele Zwecke ausreicht):
- Stabilitaet
- Reproduzierbarkeit
- gutartiger (=stetiger) Frequenzgang.

> Dazu gibt es doch noch die parasitären und normalen
> Kapazitäten, die die Spannung ja auch beeinflussen, so dass
> bei steigender Frequenz die Spannung abfallen müsste, da das
> Xc der Kondensatoren mit steigender Frequenz fällt.

Hmm. Und parasitaere und normale Induktivitaeten gibt es nicht?

Will sagen: Gleichmaesziger Anstieg oder Abfall im Frequenzgang
ist laestig, Resonanzstellen sind aber richtig unterhaltend.

> Und eben noch temperaturbedingte Drifts der Bauteile.

Fuer Laborgeraete praktisch irrelevant - zumindest bei
vernuenftiger Schaltungsauslegung.

> Das alles wollte ich ausregeln und auf 1V bringen,

Hmm. Das ist vom Konzept her nicht verkehrt ausgedacht, hat
aber bei der Realisierung zwei Fuszangeln:

1.
Deine Befuerchtungen wegen der parasitaeren Kapazitaeten
und der Temperaturdrift gelten doch nicht nur fuer den
eigentlichen Generator, sondern auch fuer die Regelung,
oder etwa nicht?

2.
Man muss aufpassen, dass man nicht ein Mofa mit einem
Porsche-Motor ausruestet.

> damit ich danach die Amplitude und Offset einfach
> in so 10, 20 oder 50mV Schritten einstellen kann.
> Die Frequenz will ich mit 1Hz Schritten bis hoch
> zu 33,nochwas Mhz einstellbar machen.

Das wuerde ich nicht tun.
Bei 67MHz Abtastfrequenz und 33MHz Ausgangssignal liegt
(wenn ich nicht schief gewickelt bin) die Spiegelfrequenz
bei 34MHz. Die wird auch mit erzeugt und ausgegeben, und
die kannst Du mit normalen Mitteln nicht von Deinem
33MHz-Signal trennen.

Das ist jetzt die Sache mit dem Porsche-Motor und dem
Mofa: Es lohnt mMn nicht, eine Super-Duper-Amplituden-
regelung zu entwickeln, wenn die Signalqualitaet des
Generator grottig ist.
Ich fuer meinen Teil wuerde nur unter Androhung von
Waffengewalt bis zu einem Drittel der Abtastfrequenz
gehen, das waeren hier ca. 22MHz; besser noch weiter
weg bleiben, das vereinfacht die Filterei und das
Erzielen eines geraden Frequenzganges.

Allgemein: Es ist zwar supercool, dass der DDS-Chip
DC bis 30MHz in einem Bereich erzeugen kann, aber dass
der Chip das kann, heisst noch lange nicht, dass man
das auch unbedingt tun sollte. Die Anforderungen an
die nachfolgenden analogen Baugruppen sind naemlich
betraechtlich.

Letzter Punkt: Dein Problem (konstante Amplitude)
loest man ueblicherweise mit einer Werkskalibrierung.
Wenn Du einen DDS einsetzt, hat Deine Schaltung auch
einen Mikrocontroller. Der µC kann dann auch (ueber
einen steuerbaren Abschwaecher, einen VGA, einen
Referenzstrom am DDS oder wie auch immer) die
DDS-Amplitude steuern. Die notwendige Kalibrierkurve
(Amplitude ueber Frequenz) nimmt man einmal auf und
legt sie im µC ab.

Grusz,
Rainer

von Michael S. (rbs_phoenix)


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Rainer Ziegenbein schrieb:
> Dazu kommt noch: Tektronix gibt z.B. fuer sein TDS2022 bei AC
> eine Genauigkeit von +/-3% an. Die erreichbare Genauigkeit ist
> also auch durch die Messmittel beschraenkt.

Ich hab gedacht, die sind in der Preisklasse schon sehr genau, sprich 
<1%.

Rainer Ziegenbein schrieb:
> 2.
> Man muss aufpassen, dass man nicht ein Mofa mit einem
> Porsche-Motor ausruestet.

Ist vermutlich wirklich mein Vorhaben. Ich glaub ich fang doch lieber n 
bisschen einfacher an.

Rainer Ziegenbein schrieb:
> Die notwendige Kalibrierkurve
> (Amplitude ueber Frequenz) nimmt man einmal auf und
> legt sie im µC ab.
Das ist ja quasi mein Vorhaben. Mit dem unterschied, dass ich nicht 
einmal über die Frequenz her alle Werte aufnehme und speichere, sondern 
dass ich durchgehen nur bei der aktuellen Frequenz Messe. Oder wird die 
Kurve mit einem externen Messgerät aufgenommen und anschließend in den 
Generator übertragen?

Nach den noch laufenden Semesterferien mache ich mir dort mal eine 
Platine für den DDS und den Oscillator. Dann werde ich einfach mal 
gucken, wie das so aussieht mit dem Ding. Zudem sind in dem kommenden 
Semester nur tolle und auch passende Vorlesungen;) Grundlagen digitale 
Signalverarbeitung, Verstärkertechnik, Automatisierungstechnik, 
elektrische Messtechnik und Mikrocontrollerpraxis.

von Rainer Z. (razi)


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Hai!

Michael Skropski schrieb:
>> Dazu kommt noch: Tektronix gibt z.B. fuer sein TDS2022
>> bei AC eine Genauigkeit von +/-3% an. Die erreichbare
>> Genauigkeit ist also auch durch die Messmittel beschraenkt.
>
> Ich hab gedacht, die sind in der Preisklasse schon sehr
> genau, sprich <1%.

Hihi. Gerade nochmal nachgesehen... auf mein Gedaechtnis ist
kein Verlass mehr: +/-3% bei DC (sprich: Gleichspannung)!
Keine Aussage ueber die Genauigkeit bei AC.

Das foerdert das Vertrauen ungemein, nicht wahr?
(Nebenbei: Ich mag die kleinen Tektronix-Kisten.)

>> Die notwendige Kalibrierkurve (Amplitude ueber Frequenz)
>> nimmt man einmal auf und legt sie im µC ab.
>
> [...] Oder wird die Kurve mit einem externen Messgerät
> aufgenommen und anschließend in den Generator übertragen?

Genau das war mit "nimmt sie einmal auf und legt sie im µC ab"
gemeint.


Grusz,
Rainer

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