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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fehlende Schwingung überbrücken


Autor: Maik Ritter (kiamur)
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Hallo!

Ich habe folgendes Problem: Ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 
1KHz +- 200Hz wird dazu benutzt einen Sinuston zu erzeugen. Es existiert 
eine OPV Schaltung, die aus dem Rechtecksignal eine Sinusschwingung mit 
der gleichen Frequenz macht. Leider fehlt in dem Rechtecksignal ab und 
zu eine Schwingung (oder eine Periode):
   _    __    __        __    __        __    __    _
__|  |__|  |__|  |______|  |__|  |______|  |__|  |__|  |__

Diese fehlende Schwingung muss irgendwie, und zwar frequenzrichtig 
ersetzt werden.

Habe bis jetzt versucht das Problem mit einer PLL Schaltung zu lösen. 
Dazu habe ich den HEF4046BP benutzt. Ich habe im VCO eine Frequenz um 
1KHz eingestellt, und dann das Rechteck auf den Komparator gegeben. Mit 
einem Frequenzgenerator ist die Frequenz des VCO auch schön dem 
Eingangssignal gefolgt. Leider funktioniert das Ganze mit meiner 
Schaltung nicht, da auch in der PLL die Schwingung fehlt, die ich 
eigentlich ersetzen wollte. Ich hätte nicht gedacht, dass die PLL so 
schnell checkt, dass da für eine Periode keine Eingangssignal kommt, und 
das auch gleich so mit macht . . . :-(

Habt ihr eine Idee, wie ich diese Periode überbrücken kann?

Gruß
Maik

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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such mal nach "Schwungrad-Synchronisation", so nennt man die gesuchte 
Schaltung manchmal.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Vergrößer mal das Loop Filter (also mache die Frequenz niedriger) am 
4046. Dann braucht das ganze zwar länger zum Einschwingen und 
nachregeln, aber es sollte auch länger weiterlaufen, wenn ein Impuls 
fehlt.

Autor: Maik Ritter (kiamur)
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@Christoph:
>Schwungrad-Synchronisation
Habe ich mal in Google eingegeben. Auch in Englisch "flywheel", aber 
leider nichts (brauchbares) dazu gefunden . . .

@Benedikt:
>Vergrößer mal das Loop Filter (also mache die Frequenz niedriger) am
>4046.
So eine Antwort habe ich befürchtet, denn jetzt kommt raus, dass ich 
eigentlich keine Ahnung von der PLL habe . . .
In meinem Datenblatt steht auch leider nur drin, wie ich den C1 und R1 
wählen soll, damit die PLL von alleine schon mal in der Nähe der 1KHz 
schwingt. Über den Rückkoppel-Tiefpass steht da leider gar nichts drin. 
Ich glaube bald, dass es das ist, was du damit meinst, oder?
Aber was heißt größer? Kannst du mal eine Formel angeben, wie ich den 
überhaupt berechnen soll?

Gruß
Maik

Autor: Null (Gast)
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Der Pll darf innerhalb der paar fehlenden Pulse nicht wegfahren. Ich 
denke es ist Zeit den PLL mit Loopfilter zu simulieren. Was macht der 
Phasendetektor wenn eines der Signale fehlt ? Was macht das Loopfilter 
damit ?Was macht der VCO ?

Autor: Maik Ritter (kiamur)
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Hallo Null!

Hmmmm, was meinst du mit simulieren? Im Kopf, oder gibt es da ein Tool 
für?
Mich würde es auch interessieren, was da passiert. Leider verstehe ich 
schon die Beschreibungen im Datenblatt nicht so richtig. Was ich vor 
allem nicht verstehe ist, warum da nichts zum Berechnen des 
Rückkoppeltiefpasses steht, mit dem ich doch wohl das Verhalten des VCO 
bestimme, oder? Wie muss ich C und R wählen, damit ich einen etwas 
trägere PLL bekomme? Es hat ja sicher etwas mit der Zeitkonstante zu 
tun, aber mit welcher? Der Kehrwert der Frequenz, welche ich im VCO 
eingestellt habe, die Zeit, die die PLL zum reagieren benötigen soll, 
die Phasendifferenz zwischen der VCO Frequenz, und dem anderen Signal am 
Comparator?

Bitte helft mir noch ein wenig, da ich diese PLL Geschichte nicht 
verstehe . . .

Gruß
Maik

Autor: Mandrake (Gast)
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Ist schon länger her, dass ich mich mit PLLs beschäftigt habe, aber ich 
glaube ich bekomme das Prinzip noch zusammen.

Eine PLL (Phase-Locked-Loop) ist wie ein Schwungrad. Man Steckt ein 
Signal einer bestimmten Frequenz vorne rein und und bekommt die n-fache 
(bei dir n=1) Frequenz phasengleich wieder raus. Bildlich kann man sich 
das so vorstellen:
Die Frequenz, die du vorne reinsteckst setzt das Schwungrad in gang (zum 
Beispiel könnte man hier sagen Frequenz= Umdrehungen/min). Fehlt nun 
dein Eingangssignal für eine bestimmte Zeit (fehlende Perioden oder so) 
dreht sich das Rad weiter und überbrückt diese Zeit, wird aber langsamer 
-> Frequenz sinkt.
Mit ein kleinwenig physikalischen Verständnis leuchtet einem gleich ein, 
dass die Überbrückungsfähigkeit von der Masse des Rades abhängt.
Mehr Masse bedeutet, längere Überbrückungszeiten jedoch wird auch eine 
längere Zeit benötigt um auf die Eingangsfrequenz aufzusynchronisieren 
(Massenträgheit). ->Also eine lange Einregelungszeit, aber gute Frequenz 
konstanz.
Weniger Masse heißt umgekehrt, dass der Zeitraum der überbrückt werden 
kann kleiner ist, aber das einregeln auf eine andere Frequenz schneller 
geht.

Fazit: In deinem Fall brauchst du eine träge PLL.

Entsprechungen in deiner Schaltung:

Die Phasendifferenz zwischen Eingangssignal und VCO (Voltage Controlled 
Oscillator) wird in eine Spannung umgesetzt und über ein Netzwerk (bei 
dir glaube ich R-C-Tiefpass) auf den Eingang des VCO gegeben.

Dem Schwungrad entspricht in deiner Schaltung das (R-C-Netzwerk + VCO). 
Du musst dafür sorgen, dass die Eingangsspannung am VCO auch bei fehlen 
einer Periode am Eingang lange gehalten wird und nicht zu schnell 
absinkt.
Wahrscheinlich ist die Eingangsspannung des VCO = der 
Kondensatorspannung des R-C-Tiefpasses. Daraus folgt, dass du einen 
recht großen Kondensator brauchst um das Schwungrad "schwerfällig" zu 
machen. Dann sollte das gewünschte Verhalten eintreten.

Ich hoffe ich konnte dir ein wenig weiterhelfen.

Mandrake

P.S.: Sonst stell doch mal einen Schaltplan online, dann kann ich 
vielleicht ein wenig mehr helfen.

Autor: Maik Ritter (kiamur)
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Hallo Mandrake!

Vielen Dank für die super Erklärung!

Hier ist mal das Beschaltungsbild aus dem Datenblatt meines PLL 
Bausteins. R1 und C1 habe ich verstanden (sind ja auch im Datenblatt 
beschrieben). Die habe ich so gewählt, dass der VCO in der Nähe meiner 1 
KHz schwingt. Dabei habe ich den Eingang VCOin auf halbe 
Betriebsspannung gelegt (bei mir 6V (VDD=12V)).

Wenn ich dann R2 und C2 von der Zeitkonstante her so gewählt habe, dass 
diese 1ms beträgt, dann hat die PLL sich so verhalten, wie ich es oben 
beschrieben habe. Die Regelung war also so schnell, dass der VCO jeden 
nicht vorhandenen Impuls auch mit ausgelassen hat. Dafür ist der VCO der 
Eingangsfrequenz schön schnell gefolgt.

In welche Richtung sollte ich denn nun mit meiner Zeitkonstante gehen? 
Ich denke mal, dass sie langsamer werden sollte. Das hatte ich dann auch 
versucht, indem ich den Widerstand vergrößert habe. Ich habe aber leider 
nicht im Gefühl, um wie viel ich die Widerstandswerte vergrößern sollte, 
oder ob ich doch eher den Kondensator größer wählen sollte.

Du hast geschrieben, dass ich einen "recht großen Kondensator" nehmen 
sollte. Welche Größenordnung ist denn "recht groß"?

Wenn ich jetzt noch mal so eine Antwort von dir bekomme, wie die Letzte, 
dann könnte das vielleicht schon die Lösung mit sich bringen . . . ;-)

Gruß
Maik

Autor: bleifrei (Gast)
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Na. R3 & C2 groesser. Mach das Produkt R3*C2 entsprechend 20Hz = 50ms, 
oder kleiner. Beim C2 bei Folien, oder Keramisch bleiben. Keinen Elko. 
Wenn der Eingangsstrom zu gross ist, allenfalls einen Sourcefolger, oder 
ein aktives Filter.

Autor: Maik Ritter (kiamur)
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Hallo bleifrei!

Das geht doch schon in die richtige Richtung!
Jetzt haut es schon recht gut hin. Muss wohl nur noch etwas mit den 
Widerstandswerten experimentieren.

Vielen Dank!

Gruß
Maik

Autor: Mandrake (Gast)
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Ich nochmal. Es ist ja bekannt, dass die Zeitkonstante RxC ist und dass 
nach ca. 3xRxC der Kondensator nur noch 5% seiner Anfangsspannung hat.

Du musst also RxC so wählen, dass es viel größer ist als die Zeit, die 
du überbrücken willst. (Wahrscheinlich n x Periodendauer)

Habe das mal ausgererchnet für den Fall, dass die Kondensatorspannung 
nur um 2% abfallen darf während eines Ausfalls.

Die Formel:

Für die Zeit t= 1/f mit f=1kHz kommt RxC=49,49ms heraus. Also z.B. 
R=100k C=494nF.

Jetzt sollte es aber klappen.

Gruß

Mandrake

P.S.: Größer kann das Produkt RxC ruhig sein.

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