Hallo zusammen,
ich habe eine Frage zum Integrier. Mit der Schaltung im Anhang möchte
ich die Durchscnittsspannung eines Signals über einen bestimmten
Zeitraum "berechnen". Das Signal hat jedoch Pausen, der Integrierer soll
aber das zuvor errechnte Signal für diese Pause halten, also nicht
abfallen. Meine Frage ist tut er das in der Schaltung.
Wenn ja, dann kann sich meines Erachtens nach der Kondensator nur
entladen, wenn eine umgekehrte Spannung vorliegt. Wenn ich jetzt also
von meinem nächsten Signalintervall nach der Pause also einen
wahrheitsgetreuen Durchschnittswert haben möchte, muss ich den
Kondensator zuvor entladen, zum Beispiel durch kurzschließen.
Muss das so gelöst werden, oder gibt es einen Weg bei dem man das
integrierte Signal über Signalpausen aufrechterhalten kann und dann
fließende Durchschnittswerte erreichen kann.
Hoffe man versteht was ich meine :D
Ein Kondensator hat Leckströme. OPs haben ebenso Eingansgströme, die
Platine hat keinen unendlichen Widerstand.
Alles in allem führt das dazu daß dein Integrator immer Fehler
aufintegriert. Welche das genau sind und wie stark hängt von vielen
Faktoren ab wie Temperatur, Luftfeuchte, Bauteilalterung, ...
Analoge Integratoren sind aus dem Grund nur für kurze Zeiten sinnvoll.
Meine Meinung: Digitalisiere dein Signal und mache das Integrieren in
Software.
Nicht umsonst ist in deinem PC kein Analogrechner drin.
Nachtrag: Die Schaltung ist eine reine Prinzipschaltung. Wo ist da die
Möglichkeit einen Anfangswert (und wenn er nur 0 ist) einzustellen. Wo
die Möglichkeit die Integration zu starten oder zu stoppen.
So wird das eh nicht funktionieren.
Tipp: Schaltpläne zeichnet man meist von links nach rechts und von oben
nach unten.
Vielleicht sollte ich erwähnen, das hier das VGA Videosignal zum
Beispiel Farbe rot integriert werden soll.
Die Zeitkonstante würde über das RC-Glied beim obersten OP eingestellt
werden.
Die Sache ist nur, dass ich nur einen Teil des Signals eines Frames
integrieren möchte, danach unterbreche ich die Integration indem ich das
Signal kappe. Das bis dahin integrierte Signal sollte aber bis zum
Schluss des Frames gehalten werden.
Da interessiert mich ob er das in dieser Schaltung tun würde.
Mal von Leckströmen abgesehen, da sich das ganze in Millisekunden
bewegt.
Mal abgesehen von allen anderen Fragen, die dieses Vorhaben betreffen:
Eine solche Integriererschaltung hält ihren Zustand normalerweise
problemlos einige Zeit. Ich würde annehmen, dass ein oder mehrere
Sekunden kein Problem sein sollten, Millisekunden erst recht nicht.
Natürlich hängt alles von den Randbedingungen ab, unter anderem auch von
der Dimenstionierung von R und C!
resistor schrieb:> ... danach unterbreche ich die Integration indem ich das> Signal kappe.
Was genau heißt denn das? Wie 'kappst' Du Dein Signal?
Allgemein von Nichtelektrotechnikern zu hörende Äußerungen wie 'die
Schaltung macht das und das, wenn am Eingang die und die Spannung
anliegt. Was mach sie, wenn 'keine Spannung' anliegt?
Problem dabei: keine Spannung gibt's nicht!
Daher interessiert mich, wie Du das meinst, mit dem 'Kappen'.
Bei VGA Signalen reden wir vom Megahertzbereich. Da braucht man zum
einen schon recht breitbandige OPs, zum anderen kann man da nicht mehr
so einfach davon ausgehen, daß die Eingange des OPs einen (komplexen)
Eingangswiderstand von mehreren hundert Megaohm haben.
Vieleicht sollte der TO mal näher erklären was das eigentliche Problem
ist.
Mit "Kappen" meine ich, dass ich die Verbindung trenne, demnach müssten
ja jetzt 0V anliegen.
Wenn die Schaltung das integrierte Signal hält bis zum Ende des Frames
dann müsste man doch einen Schalter oder Transistor parallel zum
Kondensator schalten und diesen vor dem nächsten Frame kurzschließen, um
ihn somit wieder auf Null zu setzten. Sehe ich das richtig?
@ Udo Schmitt
was ist mit komplexer Eingangswiderstand gemeint?
resistor schrieb:> Vielleicht sollte ich erwähnen, das hier das VGA Videosignal zum> Beispiel Farbe rot integriert werden soll.
Ich würde hier eine transistorisierte Version vorziehen. Z. B. eine
(präzise) spannungsgesteurte Stromquelle, die einen Kondensator lädt.
Der Aufwand hängt wohl davon ab, wie präzise es sein soll.
Gruß
Die Durchschnittsfarbe des Bildbereiches von 77 Zeilen soll als Signal
für RGB LEDs genutzt werden, zur Umgebungsbeleuchtung um einen Monitor
herum.
Abweichungen sind da nicht so schlimm.
Was ich aber nicht verstehe ist warum der Eingangswiderstand des OPs
sehr hoch sein muss.
resistor schrieb:> Was ich aber nicht verstehe ist warum der Eingangswiderstand des OPs> sehr hoch sein muss.
Weil die Funktionsweise eines OP-Integrierers von einem möglichst
idealen OP ausgeht, was eben auch einen sehr hohen Eingangswiderstand
bedeutet.
resistor schrieb:> Mit "Kappen" meine ich, dass ich die Verbindung trenne, demnach müssten> ja jetzt 0V anliegen.
Einfach gar nichts an etwas anschließen heißt eben gerade nicht
grundsätzlich automatisch 0V.
Aber hier bei einem OP-Integrierer würde bei offenem Eingang schon
passieren, was Du erhoffst: Nämlich keine Änderung des Ausgangssignals.
Wenn ich in dem Schaltplan im Anhang jetzt R1=R4, da keine Verstärkung
gewollt, setzte und einen OP der für sehr hohe Frequenzen geigent ist
verwende, würde das Vorhaben dann funktionieren?
resistor schrieb:> Wenn ich in dem Schaltplan im Anhang jetzt R1=R4, da keine> Verstärkung> gewollt, setzte und einen OP der für sehr hohe Frequenzen geigent ist> verwende, würde das Vorhaben dann funktionieren?
Was soll R1 an dieser Stelle?
Jetzt ist das kein Integrierer mehr!
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0412061.htm
Steht da so, deshalb hatte ich es übernommen.
Welchen OP müsste man hier nehmen, wenn meine Pixelfrequenz 65Mhz
bträgt.
Bzw. spielt das überhaupt eine Rolle, was für ein Signal liegt
eigentlich am invertierenden Eingang des OPs jetzt an. Vom Videosignal
schwankt die Spannung ja zwischen 0 und 0,7 V. aber am Ausgang sollte ja
beim Integrierer eine konstante, bzw. linear steigende/fallende Spannung
rauskommen. Spielt hierbei die Bandbreite eines Ops eine Rolle?
Ein weiterer notwendiger Begriff in diesem Zusammenhang ist
sample-and-hold.
In den Zeiten ohne Signal kann durch CMOS-Schalter oder dergleichen der
Integrierer angehalten werden.
Dann geschieht die Mittelwertbildung nur in den "aktiven" Zeiten, in den
nicht aktiven Zeiten kann durch den hochohmigen CMOS-Schalter eine sehr
große Konstanz der Spannung am Kondensator erreicht werden.
Bei Video-Signal genügt da wahrscheinlich ein CMOS-Schalter mit
nachfolgendem
Speicherkondensator.
Die idealste Lösung die ich Suche ist, dass der Integrierer in den
Pausen angehalten wird aber danach gleitend weiter den Durchschnitt
bildet, also nicht entladen werden muss. Bisher sehe ich da keine
Möglichkeit da der Kondensator ja gesättigt ist nach einer weile, oder
besser gesagt wenn über die definierte Zeit t durchgehend die definierte
maximale Spannung U anliegt.
Wenn man sich das am Graphen vorstellen würde dann würde die Zeitspanne
über der integriert wird mit der Zeit nach rechts laufen.
Kennt da jemand eine Lösung?
Im ersten Schaltbild in reihe zu C1 einen CMOS-FET als Schalter
einfügen. Wenn der offen ist, behält ein guter C1 von 0,1µF seinen
Spannungswert über viele Stunden auf 1% genau. Nach dem Wieder-öffnen
des FET macht der Integrierer an dem vom C1 gespeicherten Wert weiter.
Also: leitender FET: Arbeit als Integrierer. Sperrender FET : Anhalten
mit dem gerade erreichten Mittelwert. Wieder einschalten des FET:
weitermachen mit dem gerade gepeichert gewesenen Wert.
So etwas wäre doch ideal per Schaltungssimulation untersuchbar.
Also wird der Integrierer nicht gesättigt.
Sprich wenn über der festgelegten Zeitkonstante die maximale Spannung
konstant anliegt und danach nur die Hälfte der Spannung über die
festgelegte Zeit, wird er mir den korrekten Durchschnitt von 3/4 U max.
rausgeben?
Dachte wenn einmal die maximale Eingangsspannung am Ausgang erreicht
ist, ist Schluss dann müsste der kondensator erst entladen werden.
Aber falsch gedacht.
Meinst Du mit Schaltungssimulation am Pc mit einem Programm oder
nachbauen und untersuchen?
So bin jetzt ein wenig weitergekommen auch mit dem Simulieren am PC.
Hab im Anhang zwei Fotos einmal ohne reset und einmal mit.
Das Eingangssignal hier GRÜN stellt die Bildinformation für den
Ausschnitt an. Die Pausen sind der Rest des Bildes der nicht
interessiert. Kurz vor jedem neuen Bild wird resettet, damit ich am Ende
jedes Bildausschnittes den richtigen Durchschnittswert erhalte.
Andrenfalls würde die Spannung ins unermessliche steigen mit jedem neuen
Bild weiter steigen und nicht den Mittelwert darstellen.
Jetzt würde ich idealerweise diese kleinen Unterbrechungen die durch das
Resetten im Ausgangssignal BLAU verursacht werden iwie glätten. Habe es
mit einem parallelen Kondensator am Ausgang versucht aber iwie bringt
das nichts oder ich mache was falsch.
Kennt jemand eine Lösung?
Danke für die Hilfe bisher!