Hallo,
ich habe mir hier das Tutorial über Entfernungsmessung mit Ultraschall
angesehen und in etwa nachgebaut. Mir hat jedoch die Empfängerlogik
nicht gefallen, da dabei nur Werte zwischen 2V und 2,5V rauskommen. Also
hab ich probiert eine eigene Schaltung für den OPV zu basteln. Auf der
Platine sitzt dafür ein LM324.
Simuliert habe ich das ganze mit diesem java applet:
http://www.falstad.com/circuit/
In der Simulation klappt alles wunderbar (bis auf die Tatsache das ich
max 25kHz in der Simu habe statt den 40 des Empfängers, was aber keine
Rolle spielen sollte, da ich es mit verschiedenen Frequenzen getestet
habe). Ich erhalte am Empfänger in der Realität 0-1,5V Sinusspannung mit
40kHz. Wenn ich mit diesen Werten in der Simulation arbeite, erhalte ich
bei 100mV Spitze ca 300mV DC für den ADC, bei 1V erhalte ich am Ausgang
3,1V DC für den ADC. Ich habe noch hinter dem OPV ein
Schwellwertschalter, der bei ca. 130mV Empfängerspannung auf 5V schaltet
und darunter auf <1V.
In der Praxis sieht das leider nun so aus, dass ich am ADC Ausgang
(siehe Bild) immer 3,2V DC und am Schwellwertschalter immer 5V DC habe.
Selbst wenn der Empfänger gar nicht angeschlossen ist. Kurzschlüsse oder
vertauschte Bauteile habe ich bis jetzt nicht gefunden.
Kann mir jemand sagen ob die Logik der Schaltung so stimmt?
Hallo,
Beiträge haben sich überschnitten - sorry.
Dann geht die Schaltung nicht. Weil der erste OPV kann keine Negative
Spannung am Ausgang erzeugen und darf die auch nicht am Eingang
bekommen.
Noch dazu ist er kein Rail2Rail, man muss zusätzlich einen Abstand zu
VCC und GND einhalten.
Korrigieren musst du folgendes;:
Eingang - vom ersten OPV auf VCC/2 legen (Spannungsteiler) und das AC
über einen Kondensator einkoppeln.
Den + Eingang auch - wie oben beschrieben - auf VCC/2 legen.
Den DC-Offset musst du nach dem 2. OPV wieder gleich auskoppeln (d.h.
wieder ein C in Serie).
Das mit dem 1. Offset weglassen war Absicht. Ich hab irgendwie ein Teil
der Simulation gelöscht. Hier ist nochmal der eigentliche Logikplan. Das
eine Halbwelle unter 0V bleibt, war beabsichtigt. Ich wollte zuerst im
nicht-invertierenden Verstärker das Signal verstärken, wobei die
Halbwelle unter 0V wegfällt. Das gleiche nochmal im invertierenden
Verstärker, sodass jetzt die beiden übrigen Halbwellen Phasenverschoben
zueinander sind. Danach werden sie wieder addiert und ein Offset für die
Diode hinzugefügt. Nun habe ich einen Gleichspannungsanteil von 1,1V
(ca.), der wieder an der Diode abfallen kann. Übrig bleiben dann die
zwei positiven Halbwellen, die mit einem Kondensator geglättet werden.
So hatte ich es in der Theorie vor.
Im Bild habe ich mal noch ein paar Spannungsverläufe eingeblendet, wie
sie nach den OPVs sind.
P.S.: Nicht von den Spannungsangaben der Diagramme verwirren lassen.
Diese geben immer den aktuellen Spitzenwert an. Die Skalierung der
einzelnen Diagramme ist unterschiedlich. Der vertikale Strich ist
synchron zu jedem Diagramm
Georg G. schrieb:> Timo B. schrieb:>> Ne der liegt leer.>> Das mag der Simulator akzeptieren, ein realer OpAmp wird da stinkig.
Timo, was Dein Simulator da ausgibt kannst Du dann voll in die Tonne
hauen. Wenn er hier schon versagt kannst Du dem Rest schon gar nicht
trauen. Welcher Simulator simuliert denn nur bis 25 KHz???
Nimm als Simulator LTSpice! Ist kostenlos und wird hier im Forum auch
unterstützt. Anbei eine Quelle für ein super Tutorial und ein Link zum
Download der Software.
http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/index_LTSwitcherCAD.html
Gruss Klaus.
Timo B. schrieb:> Hier ist nochmal der eigentliche Logikplan.
Die Schaltung hat - in dieser Form - keinen Sinn.
Der 1. OPV verstärkt das Eingangssignal +3,2-fach.
Der 2. OPV verstärkt das Eingangssignal -3,111-fach.
Am Eingang des 3. OPV liegt folglich das 0.0888fache
des Eingangssignals (plus Offset natürlich). Den
Ausgang über eine Diode direkt auf 1µF arbeiten zu lassen
ist auch ein unfreundlicher Akt.
>Welcher Simulator simuliert denn nur bis 25 KHz???
Dieser:
http://www.falstad.com/circuit/
Zum schnellen Ausprobieren in Ordnung.
Die Basedrum z.B. konnte ich damit gut simulieren und evaluieren um das
Funktionsprinzip zu verdeutlichen. Allerdings hab ich da auch die
Grenzen der Simulation kennengelernt - Elkos kann das Ding nicht :(.
Gruß Jonas
Hallo,
laut dem Datenblatt muss die Eingangsspannung mindestens 0V betragen.
Das steht auf S3. Das ist bei deiner Schaltung aber nicht überall der
Fall.
Hält man das nicht ein, passieren alle möglichen "interessanten"
Effekte, nur meist nicht das was man haben möchte.
--> Will heißen, die Schaltung verhält sich per Definition undefiniert.
--> Die Simulation berücksichtigt das sowieso nicht, sondern geht meist
davon aus, dass man das Zeug "in spec" betreibt.
Der einfache Simulator nimmt vermutlich eifach ideale OPV...
Okay das mit der Verstärkung von 0,08 ist mir jetzt auch aufgefallen.
Aber wenn ich meine erste Schaltung in LTSpice simuliere, erhalte ich
das gleiche Ergebnis wie im Circuit Simulator...
Ich habe jetzt nochmal das ganze abgeändert und beim ersten OPV ein
Offset von Vcc/2 dazu gemacht, aber warum soll ich nicht mit der Diode
auf den Kondensator? Widerstände sind ja überall davor.
Würde ein Teil der Welle unter 0V am OPV liegen, würde das Signal nicht
einfach abgeschnitten? Oder wenn die Welle über 5V (Vcc) liegt?
Kann mir jemand helfen ich komm einfach nicht weiter...
Ich habe ein 40kHz Signal am Eingang das im Regelfall eine Amplitude von
0V...300mV hat. Dieses möchte ich jetzt auf 0V...5V verstärken, damit
ich es am ADC besser messen kann. Ich habe nur 0V und 5V als
Versorgungsspannung.
Bei den Simulationen die erfolgreich waren (auch mit LTSpice), kam in
der Praxis nur Müll raus. Ich bin im OPV Bereich recht unerfahren.
Einfache Verstärker und Summenoperationen bekomme ich hin.
Kann jemand mal ein Beispiel der Logik posten ich bin hier am
verzweifeln...
Das Ganze wäre nicht halb so schlimm wenn ich nicht unter Zeitdruck
stehen würde...
Ich habe nun versucht einen Schwellwertschalter zu basteln, der ab 100mV
Empängerspannung ein 5V Signal schalten soll. Ich habe es mit und ohne
Offset probiert. Der OPV bleibt am Ausgang immer auf 5V. Ich steig
einfach nicht dahinter wo das Problem liegt...
Im Anhang der aktuelle Versuch
So diese Simulation klappt ohne Probleme (Habe gemerkt dass ich beim
Plan oben den Ausgang einfach auf 5V gelegt habe) aber wenn ich die
Schaltung aufbaue habe ich wieder ein 5V Dauersignal. Kann mir bitte
jemand erklären wieso?
Was mir gerade auffällt.
Mit 40kHz und dann 56k||100nF ist es kein Wunder wenn da nur noch 5V
herauskommen. Da müsstest du schon die Frequenz auf 40Hz reduzieren,
wenn du noch etwas anderes sehen willst.
Schau Dir mal den unteren Teil des Schaltplans an.
http://www.robot-electronics.co.uk/files/srf1.pdf
Die beiden Operationsverstärker werden mit positiver und negativer
Betriebsspannung versorgt. Wenn Du nur eine positive Betriebsspannung
verwenden willst, mußt Du die beiden Eingänge, die auf Masse liegen
und den Pin des Ultraschallempfängers, der auf Masse liegt, an eine
virtuelle Masse von halber Betriebsspannung anschließen.
Außerdem brauchst Du reale Operationsverstärker mit einer slew rate von
mindestens 10 V/µs, wenn Du mehr als ein paar 100 mV Ausgangsspannung
haben willst.
Also erst mal Danke für eure Mühen.
@Peter ich habe mit den Link angeschaut und ausprobiert. Keine schlechte
Idee, aber ich erhalte eine konstante Sinusschwingung am Ausgang, egal
wie stark der Eingang schwingt und dann wäre der ADC überflüssig.
@Helmut der Kondensator ist zur Glättung da, damit ich ein mehr oder
weniger stabiles DC Signal habe und keine Schwingung.
Koppelkondensatoren sind jetzt auch dabei. In der Simulation hat alles
geklappt und ich hab die OPVs nicht außerhalb ihres erlaubten
Arbeitsbereiches betrieben. Ich baue morgen mal die Schaltung auf und
dann hoffe ich dass es klappt :D
Schaltplan und Screenshot des aktuellen Schaltplans sind angehängt. Wäre
nett wenn vorher nochmal jemand drauf schauen könnte, nicht dass ich das
ganze schon wieder umsonst aufbaue...
Timo B. schrieb:> ich erhalte eine konstante Sinusschwingung am Ausgang, egal> wie stark der Eingang schwingt
Gut, dann hast Du jetzt eine flüchtige Ahnung davon, wie ein
Operationsverstärker funktioniert. ;)
Er verstärkt das Eingangssignal. In der Realität hast Du einen
Ultraschallsender, der einen kurzen Impuls aussendet, der irgendwo
reflektiert wird. Der Empfänger bekommt davon ein kurzes schwaches Echo
mit, das soweit verstärkt wird, daß das Signal weiterverarbeitet werden
kann.
Jetzt kommt es darauf an, was Du damit machen willst. Typischerweise
möchte man die Laufzeit zwischen dem gesendeten und dem empfangenen
Signal messen...
Peter M. schrieb:> Der Empfänger bekommt davon ein kurzes schwaches Echo> mit, das soweit verstärkt wird, daß das Signal weiterverarbeitet werden> kann.>> Jetzt kommt es darauf an, was Du damit machen willst. Typischerweise> möchte man die Laufzeit zwischen dem gesendeten und dem empfangenen> Signal messen...
Ja das Prinzip der Messung ist mir klar :D. Für das Zeitintervall habe
ich meinen Schwellwertschalter. Dieser schaltet momentan, sobald die
Amplitude am Empfänger 0,08V oder größer ist, was sie eigentlich immer
ist. Desweiteren habe ich dann den Impedanzwandler drin, damit ich evtl.
die Signalqualität messen kann. Das hat mit der zurückgelegten
Entfernung nicht viel zu tun, außer dass die Amplitude kleiner wird.
@Hemlut: 2,3V habe ich nur, wenn am Empfänger die Amplitude 0,7V hat.
Wird diese geringer wird auch der Wert geringer, bis bei 0,07V Amplitude
der Komparator umschaltet und 0V (ca.) ausgibt. Der Schwellwertschalter
ist halt einfach schneller und präziser als der ADC (was die Zeit
angeht). Für die nicht zeitkritische Messung der Signalstärke kann ich
dann wieder den ADC nehmen.
So mal mein Grundgedanke. Wie der in der Praxis aussieht werde ich bald
sehen.
