Hallo Leute, ich habe im Analog Forum einen Thread, Kapazitätsdekade.
Im Anhang ein Bild, wie sowas im letzten Jahrhundert mal ausgesehen hat.
2020 + X würde man das vielleicht digital machen. Ich habe mal einen
Entwurf auf eine Pappe gezeichnet. Leider habe ich keine große
Praxiserfahrung mit FPGAs, habe mal mit einem CPLD ein kleines Projekt
gemacht, ist lange her. Muss also erstmal ganz kleine Brötchen backen
;-)
Gustl B. schrieb:> Es speichert keine Ladungen.
Auch das kann simuliert werden. Der Power Amplifier liefert dann, bei
entsprechender Last, eine nach der e-Funktion abschwellende Spannung.
Meister E. schrieb:> Ich schätze mal er meint die Bedienelement
falsch geschätzt: er will offenbar das Verhalten eines Kondensators
durch eine aktive Schaltung simulieren
Achim S. schrieb:> Meister E. schrieb:> Ich schätze mal er meint die Bedienelement>> falsch geschätzt: er will offenbar das Verhalten eines Kondensators> durch eine aktive Schaltung simulieren
Natürlich, ich dachte, das liegt auf der Hand.
Ein Strom fließt durch den 0,01 Ohm Widerstand.
Diese Ladung wird aufintegriert und die Spannung ändert sich. Ganz wie
ein normaler Kondensator. Natürlich wird da im Power Amp Energie in
Wärme umgewandelt. Die im Kondensator "virtuell" gespeicherte Energie
kommt aus der Netzversorgung des Power Amp. Sinn des ganzen ist es so
eine Kapazitätsdekade aus dem letzten Jahrhundert ins 21'te Jahrhundert
zu bringen. Btw mit entsprechender Software gefüttert (FPGA) kann so
jeder beliebige Zweipol simuliert werden.
Sprudelstrudel schrieb:> Btw mit entsprechender Software gefüttert (FPGA) kann so> jeder beliebige Zweipol simuliert werden.
Das halte ich für ein Gerücht.
Carsten Hartmann schrieb:> Auch das kann simuliert werden. Der Power Amplifier liefert dann, bei> entsprechender Last, eine nach der e-Funktion abschwellende Spannung.
Nicht wie es gezeichnet ist. Denn der Kondensator hat keinen Ein- und
Ausgang sondern schlicht zwei Seiten die beide Ladungen aufnehmen und
abgeben können.
-gb- schrieb:> Nicht wie es gezeichnet ist. Denn der Kondensator hat keinen Ein- und> Ausgang sondern schlicht zwei Seiten die beide Ladungen aufnehmen und> abgeben können.
Die Masse ist nach aussen natürlich nicht sichtbar. Aussen sind nur die
beiden Buchsen, analog zu dem Model aus dem letzten Jahrhundert. Und
natürlich ein paar Bedienelemente, z.B. Touchscreen, WLAN, isolated
USB...
Hat jemand Interesse, das als Crowdfunding Projekt mit zu gestalten?
Sprudelstrudel schrieb:> Hat jemand Interesse, das als Crowdfunding Projekt mit zu gestalten?
Welche Spannungsfestigkeit soll der Kondensator haben?
Welchen Kapazitätsbereich gedenkst Du abzudecken?
Wie teuer darf Dein Ersatz-Kondensator werden?
Wie oft verwendest Du eine Kapazitätsdekade und wofür?
Sprudelstrudel schrieb:> Btw mit entsprechender Software gefüttert (FPGA) kann so> jeder beliebige Zweipol simuliert werden.
Nullator vielleicht, Norator eher nicht ;-)
Sven D. schrieb:> Sprudelstrudel schrieb:> Btw mit entsprechender Software gefüttert (FPGA) kann so> jeder beliebige Zweipol simuliert werden.>> Das halte ich für ein Gerücht.
Ich nicht! Das ganze ist nur durch 4 Faktoren limitiert:
1. Strom und Spannung die der Power-Amp liefern kann.
2. Abtastrate von AD- und DA Wandler.
3. Auflösung der Wandler.
4. Deine Phantasie. Dies ist womöglich die stärkste Einschränkung
überhaupt.
Als AD Wandler habe ich vorläufig den ADC31JB68 ausgewählt, alternativ
zum ADS54J60.
Das ist aber noch nicht in trockenen Tüchern...
Sprudelstrudel schrieb:> Die Masse ist nach aussen natürlich nicht sichtbar. Aussen sind nur die> beiden Buchsen, analog zu dem Model aus dem letzten Jahrhundert.
Ja toll, aber sinnlos wenn es eben nicht wie ein echter Kondensator
funktioniert.
Sprudelstrudel schrieb:> Und> natürlich ein paar Bedienelemente, z.B. Touchscreen, WLAN, isolated> USB...
Das kannst du machen wenn du einen echten Ersatz für einen Kondensator
gefunden hast. Meinetwegen versuchst du dann auch Widerstand und Spule
durch eine andere Schaltung zu ersetzen.
Sprudelstrudel schrieb:> Ich nicht!
Nun, beide Anschlüsse müssen Strom liefern können und beide Anschlüsse
müssen Strom aufnehmen können. Und es darf keinen dritten Anschluss
benötigen.
Du kannst dir ja mal überlegen wie du folgendes lösen willst:
Du hast also zwei Anschlüsse A und B. Jetzt legt jemand an A +15V und an
B +5V an. Der Kondensator wird also geladen.
Jetzt werden beide externen Spannungen getrennt.
Und dann werden beide Anschlüsse mit einem Stück Draht miteinander
verbunden.
Oder zwischen die Anschlüsse wird an ungeladener Kondensator eingebaut.
Ich sagen nicht dass du keinen Kondensator simulieren kannst. Aber es
wird deutlich schwieriger als du denkst, denn beide Anschlüsse müssen
sowohl quelle als auch Senke sein, du musst an beiden Anschlüssen Strom
und Spannung messen. Und das geht mit nur zwei Anschlüssen nicht.
Wenn dein virtueller Kondensator irgendwie geladen ist, dann musst du ja
auch bestimmen können, ob der von einer Quelle noch weitere Ladungen
aufnimmt oder nicht, oder ob er sogar Ladungen abgibt. Das hängt von der
Spannung ab.
Edit:
Sprudelstrudel schrieb:> Als AD Wandler habe ich vorläufig den ADC31JB68 ausgewählt, alternativ> zum ADS54J60.
Bwahahaha. Ja dann bau mal.
Oh noch ein Hinweis:
Beide Anschlüsse müssen kurzfristig einen sehr hohen Strom aufnehmen und
abgeben können.
Sprudelstrudel schrieb:> Hat jemand Interesse, das als Crowdfunding Projekt mit zu gestalten?
Hier haben wir einen möglichen Kanidaten für dich (-:
https://www.mikrocontroller.net/topic/493890
Sprudelstrudel schrieb:> Als AD Wandler habe ich vorläufig den ADC31JB68 ausgewählt, alternativ> zum ADS54J60.> Das ist aber noch nicht in trockenen Tüchern...
Das würde ich mir tastächlich nochmal überlegen. Du hast dich von der
hohen Bandbreite der ADCs blenden lassen. Bei deiner (Regel)-Anwendung
solltest du aber eher auf die geringe Latenz achten.
Ein 100MS/s-ADC mit parallelen Ausgänen, der die Daten nach 1-3
CLK-Cycles am Ausgang liefert, wäre besser als ein 1GS/s-Bolide, der
dafür mehr als 100 Taktzyklen Latenz braucht (ads54j60). Außerdem sparst
du dir mit dem 100MS/s Teil mit Parallel-Interface auf der FPGA-Seite
die Lizenzkosten für das High-Speed Interface (wobei ich da nicht ganz
auf dem Laufenden bin, was von den Herstellern inzwischen frei zur
Verfügung gestellt wird).
Gustl B. schrieb:> Nun, beide Anschlüsse müssen Strom liefern können und beide Anschlüsse> müssen Strom aufnehmen können. Und es darf keinen dritten Anschluss> benötigen.
Anders gesagt: es muss der Strom zwischen den Klemmen gemessen werden
und abhängig von dem die Spannung geregelt werden (nicht der Strom von
einer Klemme auf ein anderes Potential, das du dann auch noch als "nach
außen nicht sichtbare Masse" bezeichnest).
Sprudelstrudel schrieb:> Hallo Leute, ich habe im Analog Forum einen Thread, Kapazitätsdekade.> Im Anhang ein Bild, wie sowas im letzten Jahrhundert mal ausgesehen hat.> 2020 + X würde man das vielleicht digital machen.
Als Kapazitätsdekade (im sub nF-Bereich) kann aus deinem Projekt imho
nichts werden. Als Lastsimulation für große Kondensatoren (um z.B. das
Management einer Kondensator-basierten USV zu testen) würde es gut
gehen.
Gustl B. schrieb:> Du kannst dir ja mal überlegen wie du folgendes lösen willst:>> Du hast also zwei Anschlüsse A und B. Jetzt legt jemand an A +5V und ab> B -5V an. Der Kondensator wird also geladen.
Wenn man an einen Kondensator eine Spannungsquelle anschließt, fließt im
ersten Moment ein Strom: Ic = (U0 - uC)/Ri
Wobei Ri die zusammengefassten Innenwiderstände deines Versuchsaufbaues
sind. Die Spannung am Kondensator zum Zeitpunkt tn
Uc(tn) = Uc(tn-1) + Ic * dt/C
Wobei dt die Zeitdifferenz zwischen tn und tn-1 ist.
Das FPGA liest alle 2ns einen Wert aus dem AD Wandler. Multipliziert
diesen Wert mit einer Konstanten dt/C. Dieses wird zum Accumulator
dazuaddiert und an den DA Wandler ausgegeben.
Sprudelstrudel schrieb:> Wenn man an einen Kondensator eine Spannungsquelle anschließt, fließt im> ersten Moment ein Strom: Ic = (U0 - uC)/Ri
Der Strom fließt aber beim Kondensator an einer Klemme rein und an der
anderen raus. Du hoffst in deiner Skizze, diesen Strom zwischen einer
Klemme und FPGA-GND messen zu können - das geht nicht.
Du musst den Strom zwischen den Klemmen messen und die Schaltung
potentialfrei versorgen. Dann kann kein "Klemmenstrom" auf falsche
Potentiale abfließen. (Außer über parasitäre Streukapazitäten - und
genau das ist der Grund, warum es im Bereich <1nF nicht klappen wird).
Sprudelstrudel schrieb:> Das FPGA liest alle 2ns einen Wert aus dem AD Wandler.
Du kriegst mit deinen ADCs zwar vielleicht alle 2ns einen neuen Wert,
der Wert ist aber deutlich älter als 2 ns - schau dir Unterschied
zwischen Bandbreite und Latenz an.
Achim S. schrieb
> Du hast dich von der> hohen Bandbreite der ADCs blenden lassen. Bei deiner (Regel)-Anwendung> solltest du aber eher auf die geringe Latenz achten.
Stimmt!
> Ein 100MS/s-ADC mit parallelen Ausgänen, der die Daten nach 1-3> CLK-Cycles am Ausgang liefert, wäre besser als ein 1GS/s-Bolide, der> dafür mehr als 100 Taktzyklen Latenz braucht (ads54j60).
Stimmt!
> Als Kapazitätsdekade (im sub nF-Bereich) kann aus deinem Projekt imho> nichts werden.
Hängt von der Abtastrate der Wandler ab.
Und von der Auflösung des AD Wandlers. Wenn der durch den
Strommeßwiderstand fließende Strom so klein ist, daß der AD ihn gar
nicht bemerkt, kann sich die Spannung am virtuellen Kondensator nicht
ändern. Die Simulation versagt. Workaround wäre daß man verschiedene
Strommeßwiderstände umschalten kann.
Noch mal, die Masse in meiner Schaltung ist nicht mit Erde verbunden.
Der ganze Aufbau ist galvanisch getrennt!!!
Die Kapazitätsdekade von Peaktech kostet um die 180€. Also sollte der
Virtuelle Capacitor angepeilt etwa 100€ kosten, also Bauteile + Platine.
Basis für eine erste Machbarkeitsstudie könnte z.B. der Red Pytayah
sein.
Sprudelstrudel schrieb:>> Als Kapazitätsdekade (im sub nF-Bereich) kann aus deinem Projekt imho>> nichts werden.>> Hängt von der Abtastrate der Wandler ab.> Und von der Auflösung des AD Wandlers.
Nein: von der Streukapazität deiner Schaltung gegen die Masse des
externen Kreises. Zeig mir deine potentialfreie FPGA-Versorgung, bei der
die Streukapazität gegen 1nF vernachlässigbar ist.
Sprudelstrudel schrieb:> Die Kapazitätsdekade von Peaktech kostet um die 180€. Also sollte der> Virtuelle Capacitor angepeilt etwa 100€ kosten, also Bauteile + Platine.
Und wo liegen die Lizenzkosten des IP-Cores um das Highspeed-Interface
des ADCs bedienen zu können?
Um die Differenzialgleichung von Spule oder Kondensator nachzubilden,
braucht man keinen FPGA.
Das hat man im letzten Jahrtausend schon per
https://de.wikipedia.org/wiki/Gyrator gelöst.
Achim S. schrieb:> Anders gesagt: es muss der Strom zwischen den Klemmen gemessen werden> und abhängig von dem die Spannung geregelt werden (nicht der Strom von> einer Klemme auf ein anderes Potential, das du dann auch noch als "nach> außen nicht sichtbare Masse" bezeichnest).Achim S. schrieb:> Der Strom fließt aber beim Kondensator an einer Klemme rein und an der> anderen raus.
Nein, das reicht nicht aus. Denn ein Kondensator funktioniert auch als
Kondensator, wenn nur ein Anschluss verwendet wird. Dann fließen auf der
nicht angeschlossenen Seite keine Ladungen weg, aber der angeschlossene
Seite können zusätzliche Ladungen hinzugefügt oder weggenommen werden.
Sprudelstrudel schrieb:> Wenn man an einen Kondensator eine Spannungsquelle anschließt, fließt im> ersten Moment ein Strom: Ic = (U0 - uC)/Ri
Und wie willst du bei nur einem Anschluss je Kondensatorseite die
Spannung von dem messen was an den Anschluss angeschlossen wird?
Achim S. schrieb:> Du musst den Strom zwischen den Klemmen messen und die Schaltung> potentialfrei versorgen.
Reicht nicht. Aber vor allem müssste er auch die Spannung von dem
externen Ding messen das angeschlossen ist. Das geht mit einem Anschluss
auch nicht.
Sprudelstrudel schrieb:> Noch mal, die Masse in meiner Schaltung ist nicht mit Erde verbunden.> Der ganze Aufbau ist galvanisch getrennt!!!
Wie willst du dann die Spannung messen?
Also nochmal zur Überlegung:
Du hast ein Gerät mit den beiden Anschlüssen A und B. Das neutral
geladen. Jetzt kommt jemand her und hängt nur an den Anschluss A eine
große geladene Kugel mit einem massiven Elektronenüberschuss.
Was sollte passieren?
Was sollte auf Seite B von deinem Kondensator passieren? (Ja, auch da
passiert was.)
Sprudelstrudel schrieb:> Die Kapazitätsdekade von Peaktech kostet um die 180€. Also sollte der> Virtuelle Capacitor angepeilt etwa 100€ kosten, also Bauteile + Platine.
Klar sieht das verlockend aus. Das denken auch die Leute die sich um
freie Energie und so bemühen^^.
Sprudelstrudel schrieb:> Basis für eine erste Machbarkeitsstudie könnte z.B. der Red Pytayah> sein.
Dann mach das.
Gustl B. schrieb:> Nein, das reicht nicht aus. Denn ein Kondensator funktioniert auch als> Kondensator, wenn nur ein Anschluss verwendet wird. Dann fließen auf der> nicht angeschlossenen Seite keine Ladungen weg, aber der angeschlossene> Seite können zusätzliche Ladungen hinzugefügt oder weggenommen werden.
Wenn es eine "ideale" potentialfreie Versorgung gäbe (ohne
Streukapazität), dann könnte auch das ideale Verhalten eines
Kondensators nachgebaut werden. Natürlich nur was sein Verhalten an den
Klemmen angeht. Wie beim echten Kondensator - was an der einen Klemme
reinfließt, fließt an der anderen auch wieder raus.
Gustl B. schrieb:> Du hast ein Gerät mit den beiden Anschlüssen A und B. Das neutral> geladen. Jetzt kommt jemand her und hängt nur an den Anschluss A eine> große geladene Kugel mit einem massiven Elektronenüberschuss.>> Was sollte passieren?>> Was sollte auf Seite B von deinem Kondensator passieren? (Ja, auch da> passiert was.)
Auch das würde - bezüglich des Verhaltens an den Klemmen - korrekt
wiedergegeben.
Achim S. schrieb:> Wie beim echten Kondensator - was an der einen Klemme> reinfließt, fließt an der anderen auch wieder raus.
Äh, nein?! Nimm einen ganz normalen Plattenkondensator. Ungeladen oder
gerne auch beide Platten vorher geerdet. So und jetzt nimmst du eine
große Konduktorkugel, lädtst die schön auf mit ein paar kV und hältst
die an eine der Kondensatorplatten. Dann gehen Ladungsträger von der
Kugel auf die Platte. Und weil in der zweiten Platte Ladungen verschoben
werden (Abstoßung gleichnamiger Ladungsträger) ist dann auch die zweite
Platte aufgeladen obwohl sich auf ihr die Anzahl der Ladungsträger nicht
verändert hat.
Achim S. schrieb:> Auch das würde - bezüglich des Verhaltens an den Klemmen - korrekt> wiedergegeben.
Wie meinst du das?
Das Problem ist eigentlich, dass man einen Zustand behalten müssste. Und
zwar müsste man zählen/simulieren wie viele Ladungsträger welcher Sorte
zu jedem Zeitpunkt auf beiden Seiten vorhanden sind. Dazu muss man
messen wie viele davon aufgenommen und abgegeben werden.
Tja aber dann muss man auch die Spannung messen von externen Dingen die
an die Quellen angeschlossen werden. Oder eher die Feldstärke. Denn das
entscheidet, ob ein angeschlossenes Ding Ladungsträger an den
Kondensator abgibt oder aufnimmt. Da geht es immer um den
Potentialausgleich. Man muss also das Potential von einem
angeschlossenen Gegenstand kennen und auch das von der jeweiligen
Kondensatorhälfte. Und das von dem angeschlossenen Gegenstand kann man
so einfach nicht herausfinden.
Tja und dann kommen noch die Felder dazu. Denn wenn man einen neutralen
Plattenkondensator hat und daneben (ohne Berührung) eine geladene Kugel
hält, werden schon Ladungen im Kondensator verschoben.
Gustl B. schrieb:> Und weil in der zweiten Platte Ladungen verschoben> werden (Abstoßung gleichnamiger Ladungsträger)
Und dieser Verschiebestrom fließt auch über den zweiten Anschluss B des
Kondensators - und er ist gleich groß wie der Strom, der über den ersten
Anschluss A des Kondensators fließt.
Wenn der Strom am zweiten Anschluss B des Kondensators nicht "abfließen"
kann - weil der in der Luft hängt und eine beliebig kleine
Streukapazität hat - dann reicht schon das erste Elektron, das über die
Klemme A reinfließt, um das Potential des gesamten Kondensators (beide
Klemmen) an das Potential deiner Konduktorkugel anzupassen.
Achim S. schrieb:> Und dieser Verschiebestrom fließt auch über den zweiten Anschluss B des> Kondensators - und er ist gleich groß wie der Strom, der über den ersten> Anschluss A des Kondensators fließt.
Gut, du betrachtest da einen idealen Kondensator nehme ich an, für den
stimmt das, beim Plattenkondensator hätte die Platte keine Dicke und es
könnte nichts verschoben werden. Aber bei dem kannst du den Strom eben
auch nicht messen. Denn die Messverbindung macht daraus dann schon einen
nicht mehr ganz so idealen Kondensator.
Das größere Problem ist aber glaube ich von dem extern angeschlossenen
Ding die das Potential zu bestimmen. Der virtuelle Kondensator kann
nicht einfach hergehen und Strom aufnehmen, denn vielleicht müsste er ja
sogar Strom abgeben.
Gustl B. schrieb:> Das größere Problem ist aber glaube ich von dem extern angeschlossenen> Ding die das Potential zu bestimmen. Der virtuelle Kondensator kann> nicht einfach hergehen und Strom aufnehmen, denn vielleicht müsste er ja> sogar Strom abgeben.
...und LEDs immer mit Vorwiderstand betreiben.
So, nachdem wir das hoffentlich geklärt haben, geht es um die Auswahl
des FPGAs und der restlichen Hardware. Und um's coden
Gustl B. schrieb:> Viel Spaß auch bei der Bauchlandung.
Nein, das soll keine Bauchlandung werden, und deshalb brauche ich
unbedingt deine Hilfe!
Sorry noch mal für den Vorwiderstand, aber
Ich bin von der Machbarkeit voll überzeugt.
Man könnte das natürlich auch mit einer Gyrator-Schaltung machen,
Akku-Versorgung, in eine Kiste packen und nur zwei Klemmen schauen raus.
Aber wir schreiben 2020 und nicht 1970 und deshalb FPGA.
Sprudelstrudel schrieb:> Gustl B. schrieb:>> Viel Spaß auch bei der Bauchlandung.>> Nein, das soll keine Bauchlandung werden, und deshalb brauche ich> unbedingt deine Hilfe!
Troll hat sich selbst enttarnt.
Sprudelstrudel schrieb:> Notfalls mit Akku!
wenn du meinst, die Streukapazität deine Aufbaus wäre dann Null, dann
bau halt mal auf und nach deiner eigenen Erfahrungen
Achim S. schrieb:> Sprudelstrudel schrieb:> Notfalls mit Akku!>> wenn du meinst, die Streukapazität deine Aufbaus wäre dann Null, dann> bau halt mal auf und nach deiner eigenen Erfahrungen
Es würde mir vollkommen reichen, wenn ich die Qualität die die Peaktech
Kapazitätsdekade hat, so gerade eben erreichen würde. Die hat auch
Streukapazitäten gegen Masse!
Die Peaktech Kapazitätsdekade hat eine Spannungsfestigkeit von 250V. Da
werde ich weit drunter bleiben.
Sprudelstrudel schrieb:> Ich bin von der Machbarkeit voll überzeugt.
Kommt drauf an was du als Ziel definierst.
Soll sich das in allen Belangen genau wie ein echter Kondensator
verhalten?
Oder soll es sich für Wechselspannungen wie ein Kondensator verhalten?
Mit vorher festgelegtem Ein- und Ausgang (also einer Richtung). Ja, das
kann man machen.
Sprudelstrudel schrieb:> Es würde mir vollkommen reichen, wenn ich die Qualität die die Peaktech> Kapazitätsdekade hat, so gerade eben erreichen würde. Die hat auch> Streukapazitäten gegen Masse!
die muss aber nicht den Strom über die Streukapazitäten messen um die
Spannung nachzuregeln - dort werden die streukapazitäten halt mit
abgeglichen.
aber mach einfach Mal statt ewig übers rechthaben zu diskutieren. wenn
du konkrete Ergebnisse statt nur ideen hast ist die Diskussion
lohnender.
Achim S. schrieb:> Meister E. schrieb:>> Ich schätze mal er meint die Bedienelement>> falsch geschätzt: er will offenbar das Verhalten eines Kondensators> durch eine aktive Schaltung simulieren
Ja, ich gebs zu. Nicht gescheit gelesen und die "Pappe" des TO
übersehen. Sorry.
Sprudelstrudel schrieb:> Natürlich, ich dachte, das liegt auf der Hand.
Scherzfrage: wie lange kennst Du dieses Forum schon? ;)
So, jetzt skizziere ich doch mal wie man sowas grob bauen könnte:
Also erstmal zur Hardware:
Beide Anschlüssen müssen Strom aufnehmen und abgeben können und an beide
Anschlüsse muss eine Spannung angelegt werden können.
Ausserdem muss der Stromfluss in jeden der Anschlüsse gemessen werden
können und die Spannung zwischen den Anschlüssen. Und auch der
Widerstand zwischen den Anschlüssen, aber das kann man erstmal
weglassen.
Jetzt hat man intern selnen virtuellen Kondensator also Modell. Extern
wird jetzt etwas Unbekanntes angeschlossen. Da ist nichts bekannt, weder
Kapazität noch Spannung, ob das ein C ist, ob das eine Stromquelle ist,
nichts.
Da würde ich quasi die Zeit schrittweise ablaufen lassen. Also Spannung
messen, entscheiden ob Strom abgegeben oder Aufgenommen werden muss,
dann intern zu den Quellen/Senken verbinden, für eine kurze Zeit
Stromfluss erlauben und den Strom messen und dann wieder von vorne
beginnen. Also die Buchsen wieder von Quelle/Senke trennen, Spannung
messen, gucken was sich verändert hat und dann wieder entscheiden ob man
Strom aufnimmt oder abgibt.
Das wird nicht einfach, weil Kondensatoren üblicherweise in sehr kurzer
Zeit sehr viel Strom aufnehmen oder abgeben können. Damit die Umsetzung
also einfacher zu bauen wird könnte man an der ESR drehen und eben einen
virtuellen Kondensator mit einer hohen ESR simulieren. Dann bleiben die
Stromflüsse klein und die Fehler auch eher.
Bei großen Strömen wie bei Keramikkondensatoren müsste man sehr schnell
schalten und aber in der Zeit den Strom genau messen.
Und zur Strommessung kann man einen gated Integrator verwenden. Die sind
zwar langsam, aber erfassen das Signal nicht nur zu einzelnen
Abtsatzeitpunkten wie es ein schneller ADC tun würde.
Gustl B. schrieb:> Da würde ich quasi die Zeit schrittweise ablaufen lassen. Also Spannung> messen, entscheiden ob Strom abgegeben oder Aufgenommen werden muss,> dann intern zu den Quellen/Senken verbinden, für eine kurze Zeit> Stromfluss erlauben und den Strom messen und dann wieder von vorne> beginnen.
So erzeugst du aber einen getakteten Strom. Nicht selten sind
Induktivitäten mit einem Kondensator verbunden. Das gäbe 'interessante'
Effekte.
Ja, das stimmt, aber anders geht es nur sehr schlecht. Wenn man den
Stromfluss nicht unterbricht, dann muss man den in Echtzeit regeln. Das
ginge praktisch dann wenn man eine hohe ESR simuliert. Also gar keinen
zu hohen Strom erlaubt. Mit niedriger/typischer ESR geht das alles sehr
schnell. Klar, ist machbar wenn man eben schnell regeln kann, wird aber
nicht einfach.
Gustl B. schrieb:> Also Spannung> messen, entscheiden ob Strom abgegeben oder Aufgenommen werden muss,> dann intern zu den Quellen/Senken verbinden, für eine kurze Zeit> Stromfluss erlauben und den Strom messen und dann wieder von vorne> beginnen. Also die Buchsen wieder von Quelle/Senke trennen, Spannung> messen, gucken was sich verändert hat und dann wieder entscheiden ob man> Strom aufnimmt oder abgibt.
Ein Kondensator wird definiert über die Differentialgleichung
i = C * du/dt
Wenn man das mit einer aktiven Schaltung simulieren will, gibt es genau
zwei Ansätze:
1) man kann die Spannung(sänderung) an den Klemmen messen und einen
entsprechenden Strom einprägen - das ist in etwas was du hier
beschreibst.
2) man kann den Strom zwischen den Klemmen messen und eine entsprechende
Spannungsänderung einprägen - das ist was der TO vorgeschlagen hat.
Mehr als das geht nicht. Beide Varianten sind im Prinzip gleichwertig,
von der praktischen Umsetzung mögen sie sich unterscheiden.
Gustl B. schrieb:> Beide Anschlüssen müssen Strom aufnehmen und abgeben können und an beide> Anschlüsse muss eine Spannung angelegt werden können.> Ausserdem muss der Stromfluss in jeden der Anschlüsse gemessen werden> können und die Spannung zwischen den Anschlüssen. Und auch der> Widerstand zwischen den Anschlüssen, aber das kann man erstmal> weglassen.
Du denkst zu kompliziert. Ein Kondensator ist ein Zweipol. In einem
Universum, in dem die Kirchhoffschen Gesetze gelten, muss der Strom, der
zur einen Klemme reinfließt exakt an der anderen Klemmen wieder
rausfließen.
Wenn die Versorgung des C-Simulators perfekt potentialfrei wäre
(verschwindende Streukapazität), dann ist dieser Aspekt des Kondensators
exakt erfüllt - der reinfließende Strom wird und kann nur über die
zweite Klemme wieder rausfließen.
Den Rest - Zusammenhang zwischen Strom und Spannungsänderung - muss der
Regelkreis annähern. Aktive Lasten im Widerstandsmodus machen das, um
einen R nachzubilden. Bei einer C-Nachbildung muss man halt eine DGL
nachregel anstelle des ohmschen Gesetzes.
Wenn du meinst, dass in deinen Gedankenexperimenten mit der
Konduktorkugel etwas anders herauskommt, dann liegt das daran, dass du
Strompfade übersiehst oder falsch bewertest - und zwar den
Verschiebungsstrom über die Streukapazität, der sich bei einer
Potentialänderung des Kondensators ergibt. (Also nicht die
Spannungsänderung zwischen den beiden Klemmen sondern die gleichzeitige
Potentialverschiebung beider Klemmen).
Die Streukapazität des Aufbaus bildet ein echtes Limit dafür, wie gut
der Virtual Capacitor werden kann. Große C kann man auf diesem Weg gut
simulieren, sehr kleine halt nicht.
Gustl B. schrieb:> Klar, ist machbar wenn man eben schnell regeln kann, wird aber> nicht einfach.
Ja: die Idee des TO stellt interessante Ansprüche an sein Können in
Leistungselektronik und in Regeltechnik.
Gustl B. schrieb:> jetzt skizziere ich doch mal wie man sowas grob bauen könnte:>> Also erstmal zur Hardware:> Beide Anschlüssen müssen Strom aufnehmen und abgeben können und an beide> Anschlüsse muss eine Spannung angelegt werden können.> Ausserdem muss der Stromfluss in jeden der Anschlüsse gemessen werden> können und die Spannung zwischen den Anschlüssen. Und auch der> Widerstand zwischen den Anschlüssen, aber das kann man erstmal> weglassen.
Hallo bin wieder da. Ich versuche noch einmal mein Konzept zu erläutern.
Die ganze Schaltung wird fliegend/floatend versorgt, z.B. DC/DC Wandler.
Nach aussen nur 2 Buchsen. Kirchhoff Gesetze = was reinfließt fließt
auch raus. Ein Kondensator ist für einen sehr kurzen Moment eine
Spannungsquelle. Entnimmt man, oder führt man einen Strom zu, ändert
sich diese Spannung.
Uc(tn+1) = Uc(tn) + I * dt/C
Dimension eines Kondensators ist Ampere Sekunde pro Volt.
Die Spannungsquelle ist der "Power Amp". Der Strom wird in dem in Reihe
liegenden 0.01R Widerstand gemessen. Der Wert 0.01R ist verhandelbar,
den Spannungsabfall an diesem Widerstand kann man per Software
kompensieren, falls gewünscht.
Der Power Amp sollte z.B. 10 Ampere liefern können, ist verhandelbar.
Seine Versorgungsspannung vielleicht +-30V. D.h. ich will mit dem Teil
keinesfalls einen Motoranlaufkondensator substituieren!
Auch nicht einen 10 pF Keramik Kondensator in einem UKW Tuner.
Achim S. schrieb:> In einem> Universum, in dem die Kirchhoffschen Gesetze gelten, muss der Strom, der> zur einen Klemme reinfließt exakt an der anderen Klemmen wieder> rausfließen.
Ja, bei einem idealen Kondensator.
Achim S. schrieb:> Wenn du meinst, dass in deinen Gedankenexperimenten mit der> Konduktorkugel etwas anders herauskommt, dann liegt das daran, dass du> Strompfade übersiehst oder falsch bewertest - und zwar den> Verschiebungsstrom über die Streukapazität, der sich bei einer> Potentialänderung des Kondensators ergibt.
Ja, stimmt. Ein Plattenkondensator hat wie oben geschrieben auch keine
unendlich dünnen Platten.
Es geht also nicht darum eine Kapazitätsdekade nachzubauen sondern einen
idealen Kondensator zu simulieren.
Ja, geht, aber hat auch Grenzen.
Stell dir vor du misst an den Klemmen jetzt extern eine hohe
Spannungsdifferenz. Was schließt du daraus? Du lässt erstmal Strom in
die eine Seite hinein und aus der anderen Seite herausfließen. Aber wie
lange und wie viel? Das könnte extern eine Stromquelle sein die sehr
lange viel Strom liefern kann, das könnte aber auch nur ein kleiner
Kondensator sein der angeschlossen wurde aber mit einer hohen Spannung
geladen wurde.
Da muss man entweder extrem schnell regeln oder eine hohe ESR
simulieren. Oder man setzt Grenzen für den Bereich in dem das Gerät wie
ein Kondensator funktioniert.
Sprudelstrudel schrieb:> Hallo bin wieder da. Ich versuche noch einmal mein Konzept zu erläutern.
Konkrete Werte machen schon Sinn und deine Eingrenzungen ebenfalls.
Das Problem mit der Richtung sehe ich aber noch. Beide Eingänge müssten
ja gleichzeitig auch Ausgänge sein. Ja, das kann man intern umschalten.
Achim S. schrieb:> 1) man kann die Spannung(sänderung) an den Klemmen messen und einen> entsprechenden Strom einprägen - das ist in etwas was du hier> beschreibst.> 2) man kann den Strom zwischen den Klemmen messen und eine entsprechende> Spannungsänderung einprägen - das ist was der TO vorgeschlagen hat.
Bist mir zuvor gekommen. Hast du sehr schön geschrieben, danke, erklärt
genau was ich meine. 1) hatte ich von Anfang an ausgeschlossen, so würde
ich eine Induktivität simulieren.
Handy Akku 2% => tschüss
Gustl B. schrieb:> Ja, bei einem idealen Kondensator.
Nein: bei jedem Kondensator der nur zwei Anschlüsse hat. Er darf z.B.
auch gerne einen realen ESR und ESL haben - kein Problem.
Die Abweichung von dieser Regel besteht einzig darin, dass jeder real
existierende Kondensator bei ganz genauem Hinschauen mehr als zwei
Anschlüsse hat. Und zwar in Form von Streukapazitäten gegenüber dem Rest
der Welt. Dass diese Streukapazität ein Limit für die Pläne des TO
darstellt, habe ich ja schon mehrfach beschrieben.
Achim S. schrieb:> Er darf z.B.> auch gerne einen realen ESR und ESL haben - kein Problem.
P.S.: die zusätzlichen realen Eigenschaften müssen dann natürlich in der
DGL berücksichtigt werden, nach der der Regler die Spannung nachregelt.
Nur wieso?
Die dV/dt bzw den Pulsstrom eines grösseren Folienkondensators bekommt
man sicher nicht mit irgendeinem DAC hin.
Und dann so ein komisches teures Ding, was man beim basteln vermutlich
zigmal mit Überspannung etc schrottet, wenn man auch ganz einfach ein
paar Kondensatoren aus der Bastelkiste zusammenlöten könnte
Rote T. schrieb:> Nur wieso?> Die dV/dt bzw den Pulsstrom eines grösseren Folienkondensators bekommt> man sicher nicht mit irgendeinem DAC hin.
Wie weiter oben schon gesagt: es könnte nutzbar sein, um (große)
kapazitive Lasten zu simulieren.
Achim S. schrieb:> (um z.B. das> Management einer Kondensator-basierten USV zu testen) würde es gut> gehen.
Aktive Lasten haben oft einen Betriebsmodus, in der sie einen Widerstand
simulieren. Diese aktive Last könnte alles simulieren, was man als DGL
vorgibt.
Natürlich stimmt das simulierte Verhalten nur "im Mittel" auf einer
Zeitskala, die länger ist als die Abtastrate. Aber das gilt für jedes
zeitdiskret arbeitende System (also für so ziemlich jedes Gerät, das man
heute kaufen kann).
Und natürlich gibt es Limits: wenn der Verstärker "nur" 10A kann, dann
wird man damit keinen Pulsstrom von 100A simulieren können. (Aber
netterweise begrenzen ja auch manchmal die Eigenschaften der Quelle und
der Kabel die Extremwerte auf ein erträgliches Maß).
Achim S. schrieb:> Wie weiter oben schon gesagt: es könnte nutzbar sein, um (große)> kapazitive Lasten zu simulieren.
Nur wie oft braucht man sowas und wäre es nicht viel billiger, in den
wenigen Fällen, wo man sowas braucht, eine reale Last zusammenzubauen.
Und für Sachen, die in Richtung Batterie gehen, gibts bereits
Batterie-Simulatoren
Rote T. schrieb:> Nur wie oft braucht man sowas und wäre es nicht viel billiger, in den> wenigen Fällen, wo man sowas braucht, eine reale Last zusammenzubauen.
Niemand hat behauptet, dass du oder ich sowas zum Basteln brauchen
würden. Ich denke es wird schon im Eröffnungspost deutlich, dass es dem
TO nicht darum geht, Geld für eine Kapazitätsdekade zu sparen.
Rote T. schrieb:> Und für Sachen, die in Richtung Batterie gehen, gibts bereits> Batterie-Simulatoren
Wenn der TO wollte, könnte er statt des Modells eines realen
Kondensators das Modell einer realen Batterie nachregeln - und damit
würde er tatsächlich einen Batteriesimulator bauen. Oder einen
Widerstandssimulator (aktive Last) oder einen Kondensatorsimulator (sein
aktuelles Anliegen). Es hängt einfach nur ab, nach welcher DGL/nach
welchem Modell er seine Regelung arbeiten lässt.
Hier findest du eine Doktorarbeit, die den Aufbau eines solchen frei
konfigurierbaren Last-Systems und seinen Einsatz bei Hardare-in-the-loop
tests für die Verifikation von Leistungshalbleitern beschreibt.
https://www.shaker.de/de/content/catalogue/index.asp?lang=de&ID=8&ISBN=978-3-8440-3412-7
Der grundsätzliche Aufbau durchaus dem ähnlich, was dem TO vorschwebt -
nur dass der TO noch von unrealistischen Designzielen ausgeht.
Gustl B. schrieb:> Stell dir vor du misst an den Klemmen jetzt extern eine hohe> Spannungsdifferenz. Was schließt du daraus? Du lässt erstmal Strom in> die eine Seite hinein und aus der anderen Seite herausfließen. Aber wie> lange und wie viel? Das könnte extern eine Stromquelle sein die sehr> lange viel Strom liefern kann, das könnte aber auch nur ein kleiner> Kondensator sein der angeschlossen wurde aber mit einer hohen Spannung> geladen wurde.
Es tut mir leid, ich will dich in keinster Weise beschimpfen, aber ich
verstehe einfach nicht, warum du mich nicht verstehst. Da machst du mit
FPGA'S die tollsten Sachen, HDMI usw. aber simpelste Elektrotechnik aus
dem letzten Jahrhundert scheint ein Buch mit sieben Siegeln für dich
(und andere) zu sein. Achim S. hat doch die beiden Möglichkeiten:
1. Stromquelle und Spannung messen
2. Spannungsquelle und Strom messen
noch mal erklärt.
Ich will kein Perpetuum Mobile bauen, noch Signale mit
Überlichtgeschwindigkeit verschicken. Ich gehöre nicht zur Esoterik
Fraktion. Aber wenn ich beruflich die Wahl hatte, zwischen zwei
Projekten zu wählen, habe ich mir vorher immer überlegt, wie die denn zu
realisieren wären. Dann erst habe ich geschaut, was Kollegen und
Geschäftsführung dazu meinten. Ich habe mich dann immer für das Projekt
entschieden, das die Kollegen für unmöglich hielten, und die
Geschäftsführung für schwierig. Der Gedanke dahinter, mit einem Projekt,
das alle für einfach halten, kannst du nicht Ruhm und Ehre erwerben.
Damit bin ich auch nie auf den Bauch gefallen. Im Gegenteil, ich bin
fast schon ein wenig zur Legende geworden...
350 Leute haben mein Blockschaltbild auf Pappe angeschaut, warum kommt
hier kein positives Feedback? Liegt es an mir, setze ich zuviel voraus?
Liest hier niemand was ich schreibe? Kann sein, daß mein Geschreibe
zwischen anderem, was ich für irrelevant halte, untergeht?! Oder liegt
es an meiner mangelhaften Rechtschreibung und Zeichensetzung, daß man
mich einfach nicht verstehen kann? Liegt es an einem grundsätzlichen
Mangel des Mediums "Forum"?
----------------------------------------------------------------------
Mein Blockschaltbild enthält 5 Blöcke:
1. Der Strommeßverstärker, er verstärkt die Spannung am
Strommeßwiderstand und sorgt dafür, daß der folgende AD Wandler voll
ausgesteuert wird.
2. Der AD Wandler tastet mit mindestens 100MHz und 16Bit ab.
3. Der Integrator ist ein FPGA, er startet die AD Wandlung, holt den
Wert des AD Wandlers. Dieser Wert wird mit einer Konstanten
multipliziert (dt/C).
Diese Konstante wird über die Bedienoberfläche eingestellt, damit kann
die simulierte Kapazität manuel oder vielleicht auch automatisch
variiert werden. Dieser Wert wird in einem ca. 64 Bit breiten
Accumulator aufaddiert. Die obersten 16 Bit gehen an den DA Wandler.
4. Der DA Wandler gibt eine Spannung aus.
5. Diese Spannung wird auf den Bereich+-30V verstärkt. Der Power Amp
verhält sich wie eine Ideale Spannungsquelle, naja, solange der Strom
kleiner gleich 10Ampere bleibt.
6. Spannungsversorgung FPGA und Power Amp.
7. Taktversorgung FPGA.
8. Aktive Streukapazitätsabschirmung
Punkt 6-8 sind in meinem Blockschaltbild nicht explizit zu sehen, weil
selbstverständlich.
Ich habe für dieses Schreiben jetzt bald eine Stunde ins Handy getippt.
Wenn ich jetzt einfach ein Troll wäre, währe das sehr ineffizient.
Sprudelstrudel schrieb:> aber simpelste Elektrotechnik aus> dem letzten Jahrhundert scheint ein Buch mit sieben Siegeln für dich> (und andere) zu sein.
Ich gebe zu, ich habe tatsächlich etwas falsch verstanden. Es geht um
einen idealen Kondensator und weil da nichts tatsächlich aufgeladen
wird, kann man bequem die Spannung messen und dann entscheiden ob man
Strom annimmt oder abgibt. Oder eben welche Spannung man anlegt.
Sprudelstrudel schrieb:> 1. Stromquelle und Spannung messen>> 2. Spannungsquelle und Strom messen
Das ist das Prinzip. Aber die Umsetzung kann eben schwer werden, weil es
um sehr kurze Zeiten und große Ströme geht. Wenn du an deinen virtuellen
Kondensator einen geladenen Keramikkondensator anschließt, dann
geschieht die Umladung erstaunlich schnell. Im Bereich weit unter 1 us
wird der Großteil der Ladungen ausgeglichen.
Daher glaube ich, dass man das nur einigermaßen korrekt simulieren kann
wenn man entweder extrem schnell regelt und mit großen Strömen klar
kommt, oder wenn man den Strom eben begrenzt. Du kannst ja einen
virtuellen Kondensator mit 100 Ohm Serienwiderstand simulieren.
Sprudelstrudel schrieb:> Ich habe mich dann immer für das Projekt> entschieden, das die Kollegen für unmöglich hielten, und die> Geschäftsführung für schwierig. Der Gedanke dahinter, mit einem Projekt,> das alle für einfach halten, kannst du nicht Ruhm und Ehre erwerben.> Damit bin ich auch nie auf den Bauch gefallen.
Das glaube ich dir sogar. Das was ich hier mache ist nur ein Hobby von
mir und ich mache da auch Dinge die ich mir vor wenigen Jahren noch
nicht zugetraut hätte. Aber nur weil für Probleme in der Vergangenheit
immer eine Lösung gefunden werden konnte bedeutet das nicht, dass auch
alle Probleme in der Zukunft gelöst werden können.
Sprudelstrudel schrieb:> 350 Leute haben mein Blockschaltbild auf Pappe angeschaut, warum kommt> hier kein positives Feedback?
Naja, das Schaltbild ist deutlich zu sehr vereinfacht.
- Ein Kondensator hat zwei gleiche Seiten, also keine Richtung.
- Ein Kondensator kann auf beiden Seiten Strom annehmen und abgeben.
Vielleicht kommen mehr Antworten wenn du eine Schaltung entwirfst, die
das bietet. Oder wenn du dein Ziel einschränkst.
Sprudelstrudel schrieb:> Ich habe für dieses Schreiben jetzt bald eine Stunde ins Handy getippt.> Wenn ich jetzt einfach ein Troll wäre, währe das sehr ineffizient.
Nein, du bist kein Troll. Ich bin aber weiterhin der Meinung, dass du es
dir zu einfach vorstellst.
Und zum Handy:
Bluetoothtastaturen und sogar USB-Tastaturen und Mäuse (ja, du bekommst
einen Mauszeiger auf dem Handy) kann man zumindest mit einem
Androidgerät problemlos verbinden und nutzen.
Edit:
Sprudelstrudel schrieb:> 2. Der AD Wandler tastet mit mindestens 100MHz und 16Bit ab.
Die haben leider eine Latenz. Also bei 100 MSample/s bekommst du nicht
jetzt den Abstastwert der letzten 10 ns, sondern einen Abtastwert, der
deutlich weiter in der Vergangenheit gemessen wurde.
Bei dem
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9650.pdf
(ich habe die 25 MHz Version verbaut) hat man 12 Takte Latenz. Bei
maximal 105 MSample/s (das kann das ADC-Modell maximal) sind das 114.3
ns.
Sprudelstrudel schrieb:> 4. Der DA Wandler gibt eine Spannung aus.
Die haben ebenfalls eine Latenz. Bei dem Modell
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9743_9745_9746_9747.pdf
das ich schon verbaut habe (AD9747), hat man 7 oder 8 Takte Latenz. Bei
250 MSample/s sind das 28 ns oder 32 ns.
Sprudelstrudel schrieb:> 8. Aktive Streukapazitätsabschirmung
Kannst du mal skizzieren, was das sein soll? Ich glaube immer noch, dass
du diesen Aspekt deiner eigenen Problemstellung bisher nicht verstanden
hast.
Sprudelstrudel schrieb:> 350 Leute haben mein Blockschaltbild auf Pappe angeschaut, warum kommt> hier kein positives Feedback?
Na denn: schön, dass du mit einem gut lesbaren Blockschaltbild gestartet
bist. Viele, die hier Fragen stellen, machen sich nicht die Mühe.
Aber dein Blockschaltbild enthält Fehler (hatten wir schon: der
Messwiderstand darf nicht gegen die FPGA-Masse gehen, der Strom muss
zwischen den Klemmen gemessen werden).
Und dein Blockschaltbild zeigt nur eine allererste Idee. Alles, was
Arbeit macht oder Hirnschmalz kostet, steht noch aus.
Wenn dich die Idee begeistert heißt das nicht automatisch, dass sich
auch viele andere dafür begeistern. Mit ersten konkreten Ergebnissen und
echten Anwendungsszenarien (und realistischen Überlegungen zu
Designzielen) könntest du vielleicht mehr Leute begeistern als nur mit
Idee und Skizze.
Sprudelstrudel schrieb:> Ich habe für dieses Schreiben jetzt bald eine Stunde ins Handy getippt.
Eine ineffiziente Rangehensweise. Spätestens wenn du mal einen ersten
konkreten Schritt der Arbeit an dem Projekt leisten willst, musst du
ohnehin vom Handy auf einen PC umsteigen.
Gustl B. schrieb:> Es geht um> einen idealen Kondensator und weil da nichts tatsächlich aufgeladen> wird, kann man bequem die Spannung messen und dann entscheiden ob man> Strom annimmt oder abgibt.
Ich weiß echt nicht, was du mit der angeblichen Einschränkung auf einen
"idealen" Kondensator hast. Ich hab schon dazu geschrieben, hier
versuche ich es ein letztes mal: der Simulator könnte prinzipiell alle
Eigenschäften eines realen Kondensators nachbilden (also eines real
existierenden Bauteils) bis man an eines der Limits des Simulators
anstößt. Auch für deine Gedankenexperimente mit der Konduktorkugel würde
er sich - innerhalb dieser Limits - wie ein realer Kondensator
verhalten. Die Limits liegen ggf. in der Streukapazität, in der
Reaktionsgeschwindigkeit, in der erlaubten Stromstärke, im erlaubten
Spannungsbereich.
Achim S. schrieb:> Auch für deine Gedankenexperimente mit der Konduktorkugel würde> er sich - innerhalb dieser Limits - wie ein realer Kondensator> verhalten.
Dazu hattest du geschrieben:
Achim S. schrieb:> Und dieser Verschiebestrom fließt auch über den zweiten Anschluss B des> Kondensators - und er ist gleich groß wie der Strom, der über den ersten> Anschluss A des Kondensators fließt.>> Wenn der Strom am zweiten Anschluss B des Kondensators nicht "abfließen"> kann - weil der in der Luft hängt und eine beliebig kleine> Streukapazität hat - dann reicht schon das erste Elektron, das über die> Klemme A reinfließt, um das Potential des gesamten Kondensators (beide> Klemmen) an das Potential deiner Konduktorkugel anzupassen.
Wie ist das dann bei einem realen Kondensator wie einem
Plattenkondensator? Da können von der unverbundenen Platte keine
Ladungsträger verschwinden. Aber sie können innerhalb der Platte
verschoben werden. Ist das dann diese Streukapazität die quasi in den
realen Plattenkondensator eingebaut ist weil die Platten eine Dicke
haben?
Das ist auch nicht nur ein Elektron, sondern kan kann das schön mit
einer Glimmlampe zeigen. Es werden also tatsächlich auf eine Platte
viele zusätzliche Ladungen aufgebracht obwohl die zweite Platte
unverbunden ist. Ja, die ist natürlich mechanisch befestigt, aber
elektrisch isoliert. Die Anzahl der Ladungsträger bleibt also auf der
zweiten Platte konstant, ihre räumliche Anordnung verändert sich jedoch.
Gustl B. schrieb:> Da können von der unverbundenen Platte keine> Ladungsträger verschwinden. Aber sie können innerhalb der Platte> verschoben werden. Ist das dann diese Streukapazität die quasi in den> realen Plattenkondensator eingebaut ist weil die Platten eine Dicke> haben?
Das Feld zwischen den Platten hat nichts mit Streukapazität zu tun, das
bildet die eigentliche Kapazität des Plattenkondensators.
Du willst in deinem Gedankenexperiment ein Ende des realen Kondensators
an eine geladene Kugel führen, das andere Ende offen lassen. Und du
meinst, dass dann an einem Ende des Kondensators Elektronnen
reinfließen, am anderen Ende des Kondensators aber kein Stromfluss
stattfinden (der Kondensator als den "Strom schluckt").
Aber wenn an Klemme A des Kondensators Elektronen reinfließen und in den
Platten Ladungsverschiebung stattfindet, dann ändert sich damit auch das
Potential der zweiten Klemme B. Diese Potentialänderung gegenüber "dem
Rest der Welt" ändert auch das Feld zum Rest der Welt, und diese
Feldänderung enspricht einem Verschiebestrom vom zweiten
Kondensatoranschluss zum Rest der Welt über dessen Streukapazität.
Der Kondensator "schluckt" also keinen Strom (das lässt Hr. Kirchhoff
nicht zu) sondern er sieht in deinem Experiment am kontaktieren
Anschluss einen Stromfluss durch Elektronen, am anderen Anschluss einen
gleich großen Verschiebestrom über die Streukapazität. Da besteht kein
prinzipieller Unterschied zwischen dem realen Kondensator und dem
simulierten Kondensator. Könnte man beide bezüglich ihrer
Streukapazitäten identisch bauen, dann würden sie sich auch in dieser
Hinsicht identisch verhalten.
Achim S. schrieb:> Aber wenn an Klemme A des Kondensators Elektronen reinfließen und in den> Platten Ladungsverschiebung stattfindet, dann ändert sich damit auch das> Potential der zweiten Klemme B.
Ja genau.
Achim S. schrieb:> Diese Potentialänderung gegenüber "dem> Rest der Welt" ändert auch das Feld zum Rest der Welt,
Das stimmt ebenfalls.
Achim S. schrieb:> und diese> Feldänderung enspricht einem Verschiebestrom vom zweiten> Kondensatoranschluss zum Rest der Welt über dessen Streukapazität.
OK, ja, passt. Aber kann man diesen Verschiebestrom denn messen? Da
bewegen sich ja keine Ladungsträger und weil es hier um die Messung von
Strömen geht zähle ich den Verschiebestrom nicht dazu. Aber ich kenne
mich da nicht so sehr aus.
Zwischen welchen Klemmen denn? An jedem der beiden Anschlüsse ist ein
Shunt oder wie muss ich mir den Aufbau vorstellen? Zwischen zwei Punkten
misst man eigentlich Spannungen.
Gustl B. schrieb:> Zwischen welchen Klemmen denn? An jedem der beiden Anschlüsse ist> ein> Shunt oder wie muss ich mir den Aufbau vorstellen? Zwischen zwei Punkten> misst man eigentlich Spannungen.
Irgendwo auf der Leiterstrecke zwischen den beiden Klemmen. Der Strom
fließt durch den Kondensator. Du kannst ihn auf dem Leiter zwischen
Klemme A und dem Verstärker messen. Oder zwischen dem Verstärker und
Klemme B. Das Ergebnis bleibt gleich.
Einen Unterschied gäbe es nur, wenn du folgendermaßen argumentierst:
"die Streukapazität der Kondensatorbestandteile ist verteilt. Die
Leitung von Klemme A zu Platte A hat auch schon eine Streukapazität. Was
darüber abfließt, wird auf dem Draht von Platte B zu Klemme B nicht
gemessen werden können."
Falls das dein Argument sein sollte, dann formuliere ich das mal auf
eine Art um, der ich sofort zustimmen kann. Deine eigentliche Aussage
ist dann: "die Verteilung des Streufelds um den Simulator ist anders als
die Verteilung des Streufelds um meinen Plattenkondensator". Ja klar,
das stimmt natürlich.
Aber es wäre Unsinn daraus zu folgern, dass der Plattenkondensator ein
"realer" Kondensator ist und der Simulator nur einen "idealen"
Kondensator nachstellt. Denn wenn du statt Plattenkondensator oder
Simulator einen Folienkondensator einsetzt, dann kannst du für den genau
identisch argumentieren. Trotzdem kämst du vernünftigerweise nicht auf
die Idee zu behaupten, der Plattenkondensator sei real, der
Folienkondensator würde aber nur eine idealisierte Annäherung an den
Plattenkondensator bilden. Es sind halt beides reale Kondensatoren mit
unterschiedlicher Bauform (und deshalb auch unterschiedlichem Verlauf
des Streufelds).
Der Plattenkondensator ist real. Der Folienkondensator ist real. Der
Simulator verhält sich - innerhalb seiner Limits - real. Und bei allen
dreien unterscheidet sich natürlich die genaue Form des elektrischen
Streufelds. Trotzdem kann man nicht willkürlich festlegen, dass nur
einer der dreien deswegen real sei.
Achim S. schrieb:> Irgendwo auf der Leiterstrecke zwischen den beiden Klemmen. Der Strom> fließt durch den Kondensator. Du kannst ihn auf dem Leiter zwischen> Klemme A und dem Verstärker messen. Oder zwischen dem Verstärker und> Klemme B. Das Ergebnis bleibt gleich.
Was ich dann nicht verstehe ist Folgendes:
Auf der einen Seite fließen echte Ladungsträger hinein, aber auf der
anderen Seite nicht hinaus, sondern dort ändert sich das Feld.
Da fließt ja bei dem Aufbau kein Strom zwischen den Anschlüssen. Da
hängt auf jeder Seite ein ADC und ein DAC.
Gustl B. schrieb:> Da fließt ja bei dem Aufbau kein Strom zwischen den Anschlüssen.
doch, innerhalb des Kupferleiters fließt der Strom genau so, wie du es
gewohnt bist. er muss durch den Kupferleiter fließen um die
Streukapazität von Klemme b auf ihr neues potential anzuheben.
nur über die Dielektrika (oder über die Streukapazität ins "Vakuum")
fließt der Strom als Verschiebungsstrom.
Achim S. schrieb:> er muss durch den Kupferleiter fließen um die> Streukapazität von Klemme b auf ihr neues potential anzuheben.
OK, verstanden. Wie ist das wenn die Streukapazität im Vergleich zur
Kapazität des Kondensators sehr klein ist, fließt dann trotzdem ein
gleich großer Strom von Buchse A in den Kondensator hinein wie auf Seite
B hinaus zur Klemme B?
Gustl B. schrieb:> Wie ist das wenn die Streukapazität im Vergleich zur Kapazität des> Kondensators sehr klein ist, fließt dann trotzdem ein gleich großer> Strom von Buchse A in den Kondensator hinein wie auf Seite B hinaus zur> Klemme B?
es fließt nur so viel Strom in den Kondensator rein, wie zur Aufladung
der streukapazität benötigt wird. wenn die gesamte streukapa an Klemme b
sitzt, dann fließt der gesamte Strom durch den Kondensator.
wenn du eine"verteilte" Streukapa betrachtest, dann gilt was ich um
17:33 geschrieben habe.
OK, verstanden. Tja da hätte ich mir nach meinem Studium doch mal ein
Physikbuch durchlesen sollen.
Habe ich das richtig verstanden:
Mit einem idealen Kondensator ohne Streukapazität gibt es keinen
Verschiebestrom. Der schöne Demonstrationsversuch mit der geladenen
Kugel und dem Plattenkondensator funktioniert also nur, weil der
Plattenkondensator eine Streukapazität besitzt.
Gustl B. schrieb:> Tja da hätte ich mir nach meinem Studium doch mal ein> Physikbuch durchlesen sollen.
Im Physikbuch wird üblicherweise betrachtet, wie Ladungen verschoben
werden und wie sich Felder ergeben. Im E-Technik Buch spricht man davon,
wie die Kapazität (oder die parasitäre Streukapazität) umgeladen wird.
Gustl B. schrieb:> Habe ich das richtig verstanden:
Aus meiner Sicht ja. Der Vielfalt wegen nochmal anders formuliert:
beim "üblichen" Aufladen eines Kondensators (anschließen beider Klemmen
an eine Spannungsquelle) fließt Strom durch den Kondensator und es wird
Energie im Feld des Dielektrikums (zwischen den Platten) gespeichert.
Bei deinem Übertragen von Ladungen von der geladenen Kugel auf den
Kondensator fließt ebenfalls ein Strom im Kreis und es wird Energie im
Feld gespeichert, das sich zwischen Kondensator und dem Rest der Welt
aufbaut (d.h. die Streukapazität wird aufgeladen).
Gustl B. schrieb:> Was ich dann nicht verstehe ist Folgendes:>> Auf der einen Seite fließen echte Ladungsträger hinein, aber auf der> anderen Seite nicht hinaus, sondern dort ändert sich das Feld.
Das zu akzeptieren ist auch keine Kleinigkeit. Aber erst als Maxwell das
gemacht hat und auch die zeitliche Änderung des E-Felds im Vakuum (ohne
Ladungsträger) als Strom akzeptiert hat, gingen seine Gleichungen
vollständig auf.
Achim S. schrieb:> Im Physikbuch wird üblicherweise betrachtet, wie Ladungen verschoben> werden und wie sich Felder ergeben. Im E-Technik Buch spricht man davon,> wie die Kapazität (oder die parasitäre Streukapazität) umgeladen wird.
Genau. Ich habe ja beides mehr oder weniger studiert. Bei der E-Technik
die ich nur anstudiert habe kann ich aber nicht einschätzen ob das nur
eine Vereinfachung ist. Also dieses Zweitor funktioniert zwar wunderbar
für die E-Technik, aber ob man damit die Physik vollständig beschreibt
ist für mich eben unklar.
Achim S. schrieb:> beim "üblichen" Aufladen eines Kondensators (anschließen beider Klemmen> an eine Spannungsquelle) fließt Strom durch den Kondensator und es wird> Energie im Feld des Dielektrikums (zwischen den Platten) gespeichert.
Hm, ich finde da das Wort "durch" schwierig. Ja, man kann beobachten,
dass auf der einen Seite Ladungsträher hin fließen und auf der anderen
Seite wegfließen, aber in der Mitte über den Luftspalt (Dielektrikum)
fließen keine Ladungsträger. Da hat man höchstens eine Feldänderung. Ja,
von aussen sieht das so aus als würde da Strom durch den Kondensator
fließen.
Achim S. schrieb:> es wird Energie im> Feld gespeichert, das sich zwischen Kondensator und dem Rest der Welt> aufbaut (d.h. die Streukapazität wird aufgeladen).
Da ist das ein Verschiebestrom und eigentlich ist das dann nicht ein
Kondensator, sondern eine Reihenschaltung aus idealem Kondensator und
einer weiteren Kapazität mit dem Rest der Welt die man im Unendlichen
als neutral ansieht.
Achim S. schrieb:> Aber erst als Maxwell das> gemacht hat und auch die zeitliche Änderung des E-Felds im Vakuum (ohne> Ladungsträger) als Strom akzeptiert hat, gingen seine Gleichungen> vollständig auf.
Richtig. Ich würde trotzdem gerne zwischen Verschiebestrom und
Ladungsträgerstrom trennen, denn einen reinen Verschiebestrom kann man
schlecht messen. Ja, mit einem Shunt zwischen Kondensator und Anschluss.
Aber das setzt voraus, dass die Streukapazität vor allem beim Anschluss
liegt und nicht schon vorher. Hier in diesem Thema haben wir aber ein
anderes Problem:
Wir haben gar keinen Kondensator. Wir haben nur einen simulierten
Kondensator. Man könnte also einen Verschiebestrom zwischen DAC und
Buchse messen. Aber den hat man dann ja auch selbst erzeugt. Das ist
Unsinn, also simuliert man doch einen Kondensator ohne Streukapazität
und hat das Problem nicht. Von einer Seite können dann nur Ladungen
verschwinden wenn auf der anderen Seite welche dazukommen.
Und da kommt das was ich wohl immer noch nicht verstanden habe:
Du hast einen Kondensator ohne Streukapazität. Unendlich dünne Platten,
positive Ladungen sind ortsfest, Elektronen können sich bewegen. Die
Platten sind neutral geladen.
Jetzt kommt wieder diese Konduktorkugel und die ist positiv geladen, hat
also einen Elektronenmangel. Und die wird mit einer Platte verbunden.
Was passiert?
So wie ich das gelernt habe würden da jetzt Elektronen von der Plattte
zur Kugel wandeln und zwar weil sie von der positiv geladenen Kugel
stärker angezogen werden als von den positiven Ladungen in der Platte.
Die werden ja sogar von den anderen Elektronen auf der Platte zur Kugel
hin abgestoßen. Und das geschießt, bis sich für jedes Elektron ein
Kräftegleichgewicht eingestellt hat.
Und ich meine das würde auch dann passieren wenn auf der zweiten
unverbundenen Platte genau nichts passiert. Also dort alle Ladungsträger
ortsfest wären. Dann sieht diese Platte schlicht weiter neutral aus.
Dann kann man die Kugel wegnehmen und hat effektiv einer der beiden
Platten negative Ladungen entzogen. Quasi abgesaugt. Und der vorher
neutral geladene Kondensator ist geladen.
Hallo Houston ;-)
Ich habe noch mal ein ganz anderes Problem:
Ich messe ja den Strom, der durch den Kondensator fließt. Wenn der
größte Strom jetzt +10 Ampere ist, gesetzt wir haben einen 16Bit AD
Wandler, möge das 0x7FFF als Wandelwert ergeben, ist die größte positive
16 Bit Zahl. -10A sind dann 0x8000. Dann entspricht 0x0001 einem Strom
von 10A / 32767 = 305,18uA.
Dies ist der kleinste messbare Strom. Bischen sehr grobstollig?! Kann
man höherbitige AD Wandler finden die schnell sind?
Wenn nicht, kann man AD Wandler kaskadieren ? Wenn nicht, kann man vor
der AD Wandlung analog gleichrichten und logarithmieren?
Wenn nicht, ist man dann gescheitert?
Sprudelstrudel schrieb:> 350 Leute haben mein Blockschaltbild auf Pappe angeschaut, warum kommt> hier kein positives Feedback?
Weil Deine Idee 'etwas' weit hergeholt ist.
Manche würden vielleicht sagen: Spinnerei.
Ich würde sagen: bau das Ding, vielleicht erstmal mit einem Arduino
(eingebauter ADC zum Messen, PWM oder DAC08 zur Ausgabe) und wenn Du da
die Grenzen kennst, kann man über eine schnelle Lösung mit FPGA o.ä.
nachdenken.
Die ganzen Dreckeffekte üblicher Kondensatoren (ESR, SRF,
spannungsabhängige Kapazität, Temperaturgang, etc.pp.) kannst Du dann
immer noch modellieren, wenn erstmal der ideale Kondensator funktioniert
;-)
Duke
Sprudelstrudel schrieb:> Dann entspricht 0x0001 einem Strom von 10A / 32767 = 305,18uA.
"Komma Eins Acht". Der ist echt gut... ;-)
Wenn dein 16-Bit-Wandler wie üblich +-1/2 LSB Linearität hat, dann ist
die kleinste auflösbare Änderung eher schon "irgendwas zwischen
150..450µA".
Und dabei habe ich jetzt irgendwelche Temperaturdrift oder einen Offest
oder gar simples Rauschen einfach mal aussen vor gelassen.
Lothar M. schrieb:> Sprudelstrudel schrieb:> Dann entspricht 0x0001 einem Strom von 10A / 32767 = 305,18uA.>> "Komma Eins Acht". Der ist echt gut... ;-)>> Wenn dein 16-Bit-Wandler wie üblich +-1/2 LSB Linearität hat, dann ist> die kleinste auflösbare Änderung eher schon "irgendwas zwischen> 150..450µA".> Und dabei habe ich jetzt irgendwelche Temperaturdrift oder einen Offest> oder gar simples Rauschen einfach mal aussen vor gelassen.
Musst du auch noch Salz in meine Wunden streuen? Schluchtz Seufz Heul!
;-)
Gustl B. schrieb:> Richtig. Ich würde trotzdem gerne zwischen Verschiebestrom und> Ladungsträgerstrom trennen,
Du darfst Sie gerne getrennt betrachten. Solange du akzeptierst, dass
auch der Verschiebestrom im Vakuum ein echter Stromfluss ist ;-)
Gustl B. schrieb:> Ja,> von aussen sieht das so aus als würde da Strom durch den Kondensator> fließen.
Er fließt wirklich durch. Auch die Feldänderung zwischen den Platten
stellt einen Strom dar. Schwer zu akzeptieren, aber andernfalls gehen
die Maxwellgleichungen nicht auf.
Gustl B. schrieb:> Und da kommt das was ich wohl immer noch nicht verstanden habe:> Du hast einen Kondensator ohne Streukapazität. Unendlich dünne Platten,> positive Ladungen sind ortsfest, Elektronen können sich bewegen. Die> Platten sind neutral geladen.
Sagen wir "mit sehr kleiner Streukapazität" (damit es physikalisch
sinnvoll bleibt, worüber wird reden). In dem Fall sorgt schon das erste
Elektron, dass du von der Konduktorkugel auf deinen Kondensator
überträgst, dass dessen Potential sich dem Potential der Konduktorkugel
angleicht. Es wird also nur das eine Elektron übertragen (oder - wenn
die Streukapazität in Gedanken nochmal halbiert wird - nur "ein halbes
Elektron")
Dass das nicht gut mit der Anschauung im Physikbuch übereinstimmt liegt
daran, dass du etwas unanschauliches voraussetzt - eine "verschwindende
Streukapazität", d.h. keinen Einfluss deines Kondensators auf den
Feldverlauf im Umfeld.
Sprudelstrudel schrieb:> Wenn nicht, ist man dann gescheitert?
Nein: sobald man konkret an dem Thema arbeitet und rechnet merkt halt
nur, dass man zu Beginn unrealistische Designziele hatte und die lieber
an die reale Welt anpassen sollte.
Last_Century_Kapazitaetsdekade.png
(610 KB)
Virtual_Capacitor.jpg
(240 KB)
