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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schwingkreis mit Funktionsgenerator ansteuern


Autor: Marbod M. (uxo)
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Liebe Forenmitglieder,

ich bin Physikstudent und neu in diesem Forum.
Seit einiger Zeit lese ich hier die verschiedensten Beiträge, und finde 
es toll, daß so viele engagierte Bastler ihre Erkenntnisse 
veröffentlichen und sich gegenseitig weiterhelfen.
Womit wir auch schon beim Thema wären: ich brauche Eure Hilfe!

Für ein Projekt an der TU brauche ich einen bestimmten Aufbau, den ich 
hier mal kurz umreiße. Ich habe einen Schwingkreis, der aus bestimmten 
Gründen seine Resonanzfrequenz um bis zu 20% variiert. Diesen 
Schwingkreis möchte ich, entkoppelt durch einen Trafo, mit einem 
Rechtecksignal speisen. Dieses Signal soll in Amplitude und Frequenz 
einstellbar sein. Klar, das erledigt mir ein Funktionsgenerator. Nun 
variiert die Schwingkreisfrequenz aber wie gesagt. Also benötige ich 
eine automatische Regelschleife, die mir mein generiertes Speisesignal 
ständig - möglichst in (Fast-)Echtzeit - an die Schwingkreisfrequenz 
anpasst. Dazu fallen mir zwei Ansätze ein:

- über einen PLL
- über einen AFC

Könnte mich einer der beiden Ansätze zum Ziel bringen, oder brauche ich 
etwas ganz Anderes?

Abb. 1 zeigt den Aufbau schematisch.

Könnte ich mir – mit recht bescheidenen Programmierkenntnissen - z.B. 
aus folgenden Dingen was Brauchbares basteln?

1.http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&de...
2.http://www.elv-downloads.de/service/manuals/DDS110... 
(Datenblatt zu 1.)
3.http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&de... 
(„einfaches“ 1.)
4.http://www.myplace.nu/avr/minidds/index.htm

Bzw. hat vielleicht Jemand einen Ansatz, den ich dann weiterentwickeln 
kann?


Vielen Dank im Voraus an Alle, die antworten und mir weiterhelfen!

uxo

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Dolf Steinmeyer wrote:
> Für ein Projekt an der TU brauche ich einen bestimmten Aufbau, den ich
> hier mal kurz umreiße. Ich habe einen Schwingkreis, der aus bestimmten
> Gründen seine Resonanzfrequenz um bis zu 20% variiert. Diesen
> Schwingkreis möchte ich, entkoppelt durch einen Trafo, mit einem
> Rechtecksignal speisen.


Wieso ein Rechtecksignal über einen Trafo?


Das mit der PLL ist schon ein ganz vernünftiger Ansatz ^^
Apropos: von welchen Frequenzen sprechen wir hier? Hertz od. Megahertz 
od. gar Giga?

Autor: kopfkratzer (Gast)
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OK,
wenn ich das jetzt richtig verstanden habe soll über einen Trenntrafo 
(galvanische Trennung, oder wozu dient der Trafo ? ) ein Schwingkreis 
via PID Regelung o.ä. auf eine bestimmte Frequenz eingestellt und 
dauerhaft nachgeregelt werden.
Was ist das für ein Schwingkreis und wie kommen die Abweichungen 
zustande ?
Durch den Trenntrafo kann es zu ungewünschten Verfälschungen kommen.
Eventuell wäre eine Trennung via Optokoppler sinnvoller.
Wie Jürgen G. schon treffend fragte, um welche Frequenzbereiche handelt 
es sich und wie schnell muß eine Nachregelung erfolgen ?
Im unteren kHz Bereich würde wahrscheinlich sogar ein einzelner µC mit 
ein paar MHz ausreichen, vor allem mit integrierter PWM läßt sich 
schnell ein Recheck-Generator aufbauen.
Die DDS dient ja eher dazu einen Sinus respektive andere Wellenformen 
aus einer Tabelle dynamisch zu generieren, für Rechteck ist das 
Overkill.
Also einfach etwas mehr über das Projekt schreiben und man kann eher 
sagen was sinnvoll ist und was nicht.
DDS wäre für Rechteck sicherlich die falsche Wahl.

Autor: Marbod M. (uxo)
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Das Rechtecksignal stellt gepulsten Gleichgstrom dar. Den möchte ich wie 
gesagt auch in Amplitude und Frequenz variieren können. Ich will also 
keinen Wechselstrom, sondern eben gepulsten Gleichstrom.

Die Frequenzspanne, die Du ansprichst, ist recht groß: einige Hz bis 
zumindest mehrere hundert kHz. (<= 1 MHz)

Meinst Du eines der von mir im ersten Beitrag verlinkten Geräte ließe 
sich mit  "vertretbarem" Aufwand dahingehend modifizieren?

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Wird denn dein Schwinglreis schon fremderregt oder soll das durch deine 
Schaltung geschehen.

Wenn letzteres, so nimm deinen Schwingkreis als Frequenzbestimmendes 
Glied in einem Oszilator (z.B. Colpitts). Einfacher gehts nicht.
Richtig dimensioniert schwingt der automatisch auf der richtigen 
Resonanzfrequenz und folgt dieser wenn sie wandert (d.h. solang keine 
unerwünschten Nebenresonanzen vorliegen.

Aber ohne genaure Angaben über deinen Schwingkreis ist alles nur raten 
...

Autor: Bastler (Gast)
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Moin, du möchtest also dem Schwingkreis keine Frequenz aufzwingen, 
sondern willst nur die Verluste ersetzen, so dass dieser auf seiner 
(momentanen) Resonanzfrequenz dahinschwingen kann(?).
Ist der Schwingkreis denn ein System, das so sein muß/in das du nicht 
eingreifen kannst?
Wie wäre es sonst mit einer Meißnerschaltung ? Ist sehr einfach und dein 
Trafo ist gleichzeitig die Spule.
Sieh dir auch mal die Colpits- und Hartleyschlatung an. Vielleicht ist 
da was dabei.

Ansonsten: Du kannst über einen Trafo keinen Gleichstrom übertragen!

Bastler

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Bastler wrote:

> Ansonsten: Du kannst über einen Trafo keinen Gleichstrom übertragen!


Naja, das mit den Rechtecksignalen geht schon, allerdings ist das Üraxis 
der SNT's und das hat mit dem gar nix zu tun xP


Eine einfache Oszillatorschaltung... es wurden bereits mehrere 
breitbandige genannt... ist sicherlich die einfachste Lösung...

Du musst erklären um was es bei deiner Idee geht, sonst ist ein helfen 
ziemlich schwer...

Autor: Marbod M. (uxo)
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Ja, der Trafo dient der galvanischen Trennung und dem hochtransformieren 
der Spannung.
Der Schwingkreis ist einstweilen denkbar einfach gehalten mit nur einer 
Spule und einem Kondensator, dessen Elektrolytzusammensetzung sich 
allerdings ändert. Dadurch kommt es zu besagter Frequenzänderung.
Daß es durch den Trafo zu Verfälschungen kommt stimmt leider, die fallen 
aber relativ marginal aus.

Der Frequenzbereich liegt bei einigen Hz bis zumindest mehrere hundert 
kHz. (<= 1 MHz)
Die Nachregelung sollte so instantan wie möglich sein, ein geringer 
Verzug bringt mich aber auch nicht um.

Wenn man den Rechteckgenerator auch einfacher bauen kann, und er 
trotzdem in besagtem Frequenzbereich relativ exakt arbeitet, ist mir das 
natürlich recht.
Wie leicht ließe sich ein derartiger Generator mit einem PLL, den Jürgen 
ja als gangbaren Ansatz einstufte, erweitern?

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Autor: kopfkratzer (Gast)
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kopfkratz
Wie wäre es denn wenn Du einfach mal eine einfache Skizze als JPG von 
Deinem Schwingkreis der "nachgeregelt" werden soll hier hineinstellst ?
Dann wird's vielleicht klarer :-)

Autor: Bastler (Gast)
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Man könnte vollgendes versuchen (Sehr aufwendig!):
Schwingkreis an die Sekundärseiteseite (Hochspannungsseite) und an die 
Primärseite einen Verstärker, der ein Signal von einem einstellbaren 
Sinusgenerator verstärkt. Über der Primärseite Spannung und Strom 
messen.
Wenn die Resonanzfrequenz errreicht ist, wird sich der Schwingkreis wie 
ein ohmscher Widerstand verhalten und Spannung und Strom werden in Phase 
sein.
Die Reglerschaltung (Pi-Regler) muss die Freuenz erhöhen, wenn der Strom 
voreilt und  verringern, wenn der Strom nacheilt.

Die Hauptinduktivität des Trafos pfuscht mit in die Resonanzfrequenz 
rein, aber wenn sich der Spulenwert eh nicht ändert ist das ja egal(?).

Problem: Die Spannung über dem Trafo muss ebenfalls geregelt werden, da 
mit fallender Frequenz und konstanter Spannung der Strom im Trafo stark 
ansteigen würde und diesen in die Sättigung treiben kann. U/f-Regelung 
muss also her.

DAs war ein Schnellschuss nach 2 Bier, hoffe es ist zuviel Schrott dabei 
;-)

Bastler

Autor: Marbod M. (uxo)
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Bastler wrote:
> Moin, du möchtest also dem Schwingkreis keine Frequenz aufzwingen,
> sondern willst nur die Verluste ersetzen, so dass dieser auf seiner
> (momentanen) Resonanzfrequenz dahinschwingen kann(?).

Genau so ist es.

Ich schaue mir gerade die von Euch vorgeschlagene Colpitts-Schaltung an. 
Mein Ziel ist genau das, was Bastler mit obigem Zitat sehr gut zum 
Ausdruck bringt. Zusätzlich muß es aber möglich sein, möglichst hohe 
Spannungen auf den Kondensator zu bekommen - und zwar so, daß sich das 
Potential am Kondensator nicht umpolt. Also muß noch eine Diode rein.

Läßt sich das mit erwähnter Colpits-Schaltung realisieren?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Dolf Steinmeyer wrote:
> Zusätzlich muß es aber möglich sein, möglichst hohe
> Spannungen auf den Kondensator zu bekommen - und zwar so, daß sich das
> Potential am Kondensator nicht umpolt. Also muß noch eine Diode rein.

So wird das nix. Ein Schwingkreis erzeugt immer eine negative Spannung. 
Die einzeige Möglichkeit das zu umgehen ist, einen weiteren Kondensator 
in Reihe zu schaltung und so ein Offset hinzuzufügen.

Autor: Bastler (Gast)
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Was willst du genau machen? Im Grunde doch nur die Kapazizätsänderung 
des Kondesators detektieren, oder? Falls es das ist, geht das einfacher.

Autor: Marbod M. (uxo)
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Wie sieht's mit meinem ursprünglichen Vorschlag aus?
Funktionsgenerator (welcher Bauform auch immer) speist Rechtecksignal in 
den Schwingkreis (über Trafo). Ich greife die Frequenz des 
Schwingkreises ab, vergleiche sie mit der des Funktionsgenerators, und 
lasse das Signal des FG durch einen PLL an die Schwingkreisfrequenz 
angleichen.
Ist das praktikabel? Läßt sich das mit moderatem Aufwand 
bewerkstelligen?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Dolf Steinmeyer wrote:
> Wie sieht's mit meinem ursprünglichen Vorschlag aus?
> Funktionsgenerator (welcher Bauform auch immer) speist Rechtecksignal in
> den Schwingkreis (über Trafo). Ich greife die Frequenz des
> Schwingkreises ab, vergleiche sie mit der des Funktionsgenerators, und
> lasse das Signal des FG durch einen PLL an die Schwingkreisfrequenz
> angleichen.
> Ist das praktikabel? Läßt sich das mit moderatem Aufwand
> bewerkstelligen?

Dann wirst du immer die Frequenz des Funktionsgenerators messen, (außer 
eventuell irgendwelche Oberschwindungen, falls die genau in die 
Resonanzfrequenz fallen).

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Benedikt K. wrote:
> Dolf Steinmeyer wrote:
>> Wie sieht's mit meinem ursprünglichen Vorschlag aus?
>> Funktionsgenerator (welcher Bauform auch immer) speist Rechtecksignal in
>> den Schwingkreis (über Trafo). Ich greife die Frequenz des
>> Schwingkreises ab, vergleiche sie mit der des Funktionsgenerators, und
>> lasse das Signal des FG durch einen PLL an die Schwingkreisfrequenz
>> angleichen.
>> Ist das praktikabel? Läßt sich das mit moderatem Aufwand
>> bewerkstelligen?
>
> Dann wirst du immer die Frequenz des Funktionsgenerators messen, (außer
> eventuell irgendwelche Oberschwindungen, falls die genau in die
> Resonanzfrequenz fallen).

Oberwellen hauptsächlich... einen Rechteck über einen Trafo zu bringen 
ist das Problem...

Ausserdem einen Schwingkreis mit Rechtecken zu bepulvern ist absoluter 
Schwachsinn... da muss ein Sinus her...



Ausserdem wieso eigentlich die Hochspannungsseite?
Mit mehr Hintergrundinfos ginge das ganze viel einfacher...

Autor: R.Freitag (Gast)
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Wie gross ist df/dt  ?

Gruss

Robert

Autor: Marbod M. (uxo)
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Das Rechtecksignal brauche ich deswegen, weil ich ja gepulste 
Gleichspannung verwende. Keine Welchselspannung; kein Nulldurchgang. 
Gepulsten Gleichstrom als Sinusschwingung gibt's ja wohl nicht, oder 
liege ich da ganz daneben?

Wir sind ja selbst noch in der Konzeptionsphase, deshalb gibt's leider 
einfach noch nicht viel mehr Hintergrundinfos.
Konzeptionell haben wir einfach einen Schwingkreis mit einem ElKo, einer 
Spule, und einer Diode, die verhindern soll, daß sich die Polarität am 
ElKo ändert, und die den Ladevorgang unterstützen soll.
Also das ganze ist eigentlich so etwas wie ein Kondensatorladegerät mit 
"Triggerfunktion", nur daß es mit höheren Frequenzen umgehen können soll 
als kommerziell erhältliche Varianten. Also statt durch 60 Hz max. 
begrenzt zu sein, möchten wir wie gesagt bis zu mehreren 100 kHz gehen.
Das Ganze wollen wir eben wie erwähnt dadurch realisieren, daß wir die 
Eingangsspannung, eine gepulste Gleichspannung - daher eben das 
Rechtecksignal - über einen Trafo hochtransformieren, und dann in den 
entkoppelten Schwingkreis einspeisen. Und sinnvoller Weise soll der SK 
in seiner Resonanzfrequenz schwingen.

Könnt Ihr mir dazu ein paar Tipps geben?

df/dt soll, nachdem sich das Ganze eingeschwungen hat, eher klein 
bleiben; aber "geringfügige" Abweichungen sind durchaus möglich.

Gruß,
uxo

Autor: felix (Gast)
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hi,
bist du an der tu-berlin? wenn ja, können wir uns mal auf´n bier treffen 
und ich versuche euch zu helfen. habe selber früher mal physik an der 
tu-berlin studiert. einfach ´ne sms schreiben: 0178-398 32 94
gruß

Autor: Josef F. (Gast)
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hi.
Ich weiß was du machen willst. Dasselbe habe ich nämlich auch vor.
Deshalb bin ich wahrscheinlich auch auf deinen (für mich sehr 
interessanten) Post gestossen.

Bei der Resonanzfrequenz ist der Wid. des Schwingkreises doch minimal, 
ergo Strom maximal. (Allerdings weiß ich nicht, ob das wirklich 
gewünscht ist)

Man könnte doch vor beginn den ganzen (od. nur einen Teil des) 
Frequenzbereiches durchgehen, dabei den Strom messen und daraus die 
richtige Frequenz bestimmen.
Natürlich geht das auch im laufendem Betrieb, wenn man die Frequenz nur 
wenig ändert, dann den Strom wieder nachmisst, und so sich 
kontinuierlich der Resonanzfrequenz nähert.

PS: Wir könnten ja Erfahrungen zu dem Thema austauschen, sobald die 
ersten Ergebnisse da sind.

lg
Josef

Autor: 6640 (Gast)
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Ein AFC haelt einen VCO so, dass er optimal mit dem Resonator 
uebereinstimmt. Das macht man, indem man dem VCO Seitenbaender mitgibt. 
Die reflektierten Seitenbaender muessen gleich sein, dann ist die  VCO 
frequenz mittig im Resonator.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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( hab noch nicht alles gelesen) ist der Schwingkreis ein Eintor oder ein 
Zweitor?  Bei letzterem könnte man die Phasenlage zwischen Ein- und 
Ausgang nachregeln, das hat ein Kollege vor Jahren mit einem 
Hohlraumresonator mal so gemacht. Der Phasendurchgang ist wesentlich 
präziser zu erfassen als ein Amplitudenmaximum.

Autor: 6640 (Gast)
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Ein Eintor ? Ein AFC mit den Seitenbaendern ist auch recht gut. Wir 
kamen mit weniger als -50dBc hin.

Autor: Peter F. (Gast)
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Hallo Dolf oder Josef. Ich denke mal ihr versucht die Schaltung 
nachzubauen richtig?
Falls jemand das Thema abonniert hat könnt ihr ja hier schreiben ob und 
wie ihr weitergekommen seid. Es versuchen ja nun eine ganze Reihe von 
Leuten das hinzukriegen.

Gruß
Peter

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