Hallo liebe Microcontroller Gemeinde,
ich bin auf der Suche nach ein paar Tips bzw. Ratschlägen.
Es geht um folgendes Problem: Ich habe ein PWM Signal mit variablen Duty
Cycle, erzeugt mittels eines Arduino uno, sprich ATMega328p direkt über
Timerinterrupt im Phase Correct Mode. Erzeugt wird eine Sinuswelle, über
eine passende Tabelle. Das heisst die Abtastrate beträgt 31372,6 Hz.
Meine Sinusspannung soll schlussendlich zwischen 15Hz -800Hz variiert
werden können. Diese soll anschließend auf eine alte Verstärkerstufe
gegeben werden, die ich noch rumliegen hatte. Um 230V zu erreichen ist
eine Spannung von 3,5Veff am Eingang anzulegen, demnach ca. 10Vss.
Soweit so gut, das klappt auch alles. Meine Frage, beziehungsweise
Fragen beziehen sich auf den Filter, der vor der Endstufe sitzt und für
die D/A Wandlung sorgt.
Ich kenne mich nicht besonders gut Aus in Sachen Filterentwurf, bzw.
Operationsverstärkern, also habe ich mir das Buch
"Halbleiterschaltungstechnik" von Tietzke u. Schenk ausgeliehen und
erstmal ein bisschen gelesen. Naja schlussendlich habe ich mir 2
Tiefpassschaltung aufgebaut( 4.Ordnung(2x2.Ordnung), mit
Einfachmittkopplung sprich Sallen Key, mit V=1//erstes Bild) und die
gleiche nochmal mit R1=R2=R3=R4 und C1=C2=C3=C4(viertes Bild). Fg habe
ich bei 1500Hz angesetzt, da bei 1000Hz, ich es nicht gebacken gekriegt
habe die Bauteile so auszulegen das bis 800Hz, wirklich 0dB Dämpfung am
Ausgang sind. Ich habe ausschließlich den LM324 verwendet, da ich noch
ein paar von denen rumliegen hatte.
So nun meine Fragen, bevor ich hier noch weiter einen Roman schreibe und
keiner den Quatsch liest:-).
1. Was haltet ihr von dem Ergebnis, bzw. den Oszillogrammen? Wie kann
man die Schaltung verbessern? Eventuell einen anderen OP verwenden?
2. Lohnt es sich, die Filterstufe noch weiter zu erhöhen?
3. Warum ist so eine leichte Verzerrung des Sinus(5.und 6. Bild)
erkennbar. Bei 15Hz und 800Hz nicht zu sehen, dazwischen mehr oder
weniger ausgeprägt, aber nie wirklich gravierend.
4. Das letzte Bild zeigt den Frequenzgang der ersten Schaltung, demnach
müsste bei 800Hz, so gut wie keine Dämpfung vorliegen, als die Schaltung
nun aufgebaut wurde, war bei 800Hz immerhin noch ca. 0,5V Abfall zu
messen(sprich 0,92dB). Liegt das daran das Spice mit einem idealen Op
rechnet? Oder liegt das vielleicht an der Schaltung an sich, da Sie
alles andere als ordentlich verlöten war? Ich mein ich hab ja schon
1,5kHz angesetzt das ist ja schon fast das doppelte meiner Nutzfrequenz.
Wie kann man so etwas vorbeugen?
Über Hilfe zu diesem Thema, Ratschläge und Verweise auf andere Literatur
oder Forumsbeiträge würde ich mich sehr freuen.
Die Verzerrungen dürften vom LM324 kommen - der ist bekannt für deutlich
Übernahmeverzerrungen. Es hilft ggf. wenn die Ausgangsstufe des OPs als
Klasse A gegen einen externen Widerstand (z.B. nach Masse) arbeitet.
Sonst wäre ein besserer OP wohl ein gute Idee. Sehr hochfrequente
Störungen werden vom aktiven Filter ggf. nicht gut unterdrückt, weil sie
über den FB Kondensator ggf. am OP vorbei kommen. Da hilft es ggf. wenn
am Eingang noch eine passive RC Stufe ist. Der erste OP also als Filter
3. Ordnung arbeitet. Für die Auslegung gibt es auch passende Tabelle,
etwa als Tchebycheff filter mit etwas Rippel.
Wenn man will, könnte man den fast PWM modus nutzen und so eine doppelt
so hohe Frequenz haben - die minimale Zeitverzögerung sollte für die
eher niedrigen Sinus Frequenzen nicht so sehr stören.
Zu4.
Du hast sicher keine Widerstände und Kondensatoren mit 1% Toleranz
eingebaut oder sie dem entsprechend auf präzise Zeitkonstanten
ausgemessen...
MfG
Danke erst einmal für die Antworten. Was genau meinst du mit Klasse A,
Lurchi? Der Ausgang arbeitet gegen einen Spannungsteiler(Poti) gegen
Masse.
Und nein ich habe keine Bauteile mit 1% Toleranz genommen. Habe sie aber
ausgemessen und bei der ersten Schaltung in Spice dementsprechend
ergänzt.
Kann man Kapazitäten der E96 Reihe überhaupt so ohne weiteres überall
bekommen? Nicht als SMD Ausführung.
Und kann mir vielleicht einer von euch sagen welchen OP er für diese
Anwendung nehmen würde. Ihr habt mit Sicherheit mehr Erfahrung auf dem
Gebiet und ich werde schlichtweg von der Vielzahl erschlagen. Mir kommt
es einfach so vor, als ob ich für diesen niedrigen Frequenzbereich fast
jeden nehmen könnte.
Hallo,
er meint, der Ausgang soll so stark in eine Richtung belastet werden,
daß nur der obere oder untere Transistor Strom führt und somit keine
Übernahmeverzerrungen auftreten können.
Tl084, NE5532 z.B., wobei diese heute als veraltet gelten.
MfG
Toni schrieb:> Mir kommt> es einfach so vor, als ob ich für diesen niedrigen Frequenzbereich fast> jeden nehmen könnte.
Der Frequenzbereich ist nicht das Problem, sondern die Eigenschaften des
alten LM324. Du suchst einen echten Audio OpAmp, wie z.B. den OPA2134
oder NJM4560 oder NE5532 oder, oder...
Die sind auf niedrigen Klirrfaktor optimiert und rauschen auch wenig -
beides Dinge, die bei der Entwicklung des LM324 nicht im Vordergrund
standen.
Hallo, mal was Grundsätzliches. Du möchtest sicherlich die PWM in einer
bestimmten Anzahl von Schritten ändern, eine bestimmte Auflösung haben,
Deine 10 Vss, z.B. 10 Bit. Dies sind 1024 Stufe. Dies ist die
Amplitudenauflösung Deines über das Filter erzeugten analogen Signals,
bei 10 Vss 19,3 mV. Die Frequenz machst Du über die
Änderungsgeschwindigkeit. Wenn Du jetzt mal schaust, welche
Abtastfrequenz Du brauchst, um ein analoges Signal mit einem Rippel von
z.B. dem Doppelten zu erhalten (39mV), wirst Du feststellen, schätze ich
aus Erfahrung, dass die 31372,6HZ nicht ausreichen, wenn Du bei 800Hz
z.B. einen Abfall von -3dB haben möchtest (da ist die Amplitude um ca.
30% kleiner). Dein Filter hat, wenn Du die Eckfrequenzen aller
Tiefpassanteile auf 800Hz legst -12dB Abfall.
Lange Rede…
Vielleicht ist es Zielführender, wenn Du einen DAC einsetzt, der über
eine SPI angesteuert wird. Damit erhält man generell immer höhere
Eckfrequenzen im Vergleich zu PWM-Filterlösungen.
VG Walter
Die Auslegung der Grenzfrequenz (oben ca. 1.5 kHz) passt schon ganz gut.
In der Simulation hat das Filter bei 15 bzw. 30 kHz schon rund 80 bzw.
100 dB Dämpfung. Für eine Art einfaches DDS mit etwa 8 Bit
Amplitudenauflösung alle mal ausreichend. Einen echten DAC könnte man
nutzen und so noch etwas schneller abtasten. Für die 800 Hz als
Ausgabefrequenz reicht PWM aber auch schon aus, und auch mit einem
echten DAC braucht man das DDS Rekonstruktionsfilter. D.h. einen
Tiefpass braucht man auch da, wenn auch ggf. nicht ganz so gut.
Für das per PWM/DDS erzeugte Signal braucht man keinen super Audio OP.
Irgendwas etwas besser als der LM324 / LM358 wäre aber schon gut, so ab
rc4558 oder TL082. Der NE5532 ist trotz geringer Verzerrung noch
günstig.
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Endstufe_PWM_4.Ordnung_Einfachmittkopplung_800Hz_2.png
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Endstufe_PWM_4Ordnung_Einfachmittkopplung_15Hz_2.png
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50Hz-Einfachmittkopplung_gleicheRC.png
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50Hz-Einfachmittkopplung_gleicheRC_verzerrt.png
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