Hallo,
ich rechne gerade eine Probeklausur. Leider weiß ich zu manchen Fragen
keine Antwort bzw. bei einigen Antworten bin ich mir nicht sicher. Könnt
ihr mal drüberschauen? Vielen Dank!
Eine sinusförmige Signalspannung ist von einer höherfrequenten
Störspannung (siehe Abb. 1) überlagert.
a) Berechnen Sie die beiden Frequenzen der Spannungen.
>>> Wie kann ich die Frequenzen von BEIDEN Spannungen berechnen bzw. sind die
nicht gleich? f1u2=1/T=1/0,001s=1kHZ. Ich habe nicht mehr als dieses Bild gegeben.
b) Skizzieren Sie ein passives Filter, der die Störspannung möglichst
effizient unterdrückt und die Signalspannung überträgt.
>>> abhängig von der Störfrequenz. Falls die größer=Tiefpass, andernfalls Hochpass
skizzieren
c) Berechnen Sie diesen Filter. Die Grenzfrequenz f3dB soll so gewählt
werden, das daß Nutzsignal möglichst wenig und das Störsignal möglichst
stark bedämpft wird.
>>> Grenzfrequenz: fg=1/(2•π•R•C). Aber wie berechne ich dieses nun? Besonders wo
lege ich in diesem Fall die Grenze. Möglichst nahe bei der Originalfrequenz?
d) Entwickeln Sie einen Meßverstärker zur Verstärkung des Signals, das
von einem Kondensatormikrofon stammen soll.
>>> ? Ich würde einen ganz normalen Transimpedanzverstärker skizzieren.
e) Das Signal soll jetzt in einem AD-Wandler digitalisiert werden.
Berechnen Sie die nötige Abtastfrequenz.
>>> Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem ist mindestens eine doppelt so hohe
Abtastrate notwendig. Also 2kHz.
f) Berechnen Sie die minimale Auflösung für einen ADC, wenn sich die
Signale zwischen 3 mV und 3 V bewegen.
>>> leider keine Ahnung wie ich da ran gehen soll.
Freue mich über jede Hilfe,
viele Grüße Karsten
Zu a) Mit 1 kHz für die Signalspannung liegst du schon ganz richtig.
Jetz würd ich einfach hergehen und z.B. die positiven Flanken zählen,
die die Störspannung innerhalb dieser 1ms hat, das ist dann der Faktor,
um die die Frequenz der Störspannung höher ist, als die der
Signalspannung. Ich hab 16 gezählt, somit weist die Störspannung eine
Frequenz von 16 kHz auf
Zu b) Du benötigst somit nen Tiefpass ( Ue liegt an R und C, Ua nur an C
)
Zu c) Da bin ich mir nicht sicher, da werd ich wohl noch berichtigt.
Würde die Signalfrequenz als Grenzfrequenz wählen, dann hast du hier ne
Dämpfung von 3dB, die Störung wird dann bereits mit ca. 35dB gedämpft.
Man könnte die Grenzfrequenz auch bei 3 oder 4 kHz wählen, dann wird die
Störung ebenfalls noch ordentlich gedämpft und das Signal kaum mehr
Zu e) Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein, wie die
höchste vorkommende Frequenz. Also 16kHz * 2 = 32kHz. Wir haben immer
den Faktor 2,1 gewählt, was eine Abtastrate von 33,6kHz zur Folge hätte
Zu f) Weiß ich jetz auch net ganz recht, aber ich mach mal nen Schuss
ins Blaue und sag: Der ADC braucht ne Genauigkeit von 3mV bei max. 3V.
Da wir somit 1000 Schritte benötigen, um auf 3V zu kommen, benötigt man
eine Auflösung von 10 Bit (=1024). Ich frag mich aber grad, ob es auch
eine negative Halbwelle gibt? Dann wären es nämlich 11 Bit
zu b)
Die Frage ist wachsweich. Man kann auch mehrstufige passive RC- oder
LC-Filter meinen, die haben dann bei der Störfrequenz viel mehr
Unterdrückung. Praxisnah ist, die Unterdrückung so hoch zu machen, dass
der verbleibende Rest in der AD-Wandler-Auflösung untergeht. Also
6dB/Bit. Da unten ein 10Bit-Wandler herauskommt (was man hier noch nicht
wissen kann...), müsste das Filter idealerweise 60dB Dämpfung haben bei
16kHz. Im vorliegenden Fall ist das ein Tiefpass. Allgemein definiert
man ein Übertragungsband und nimmt somit einen Bandpass. Wenn, wie hier,
nur eine Frequenz gegeben ist (was aber der Nutzung durch ein Mikro
widerspricht), könnte man auch einen Bandpass hoher Güte bei 1kHz
nehmen. Das ist aber nicht praxisnah.
zu c)
Filtergrenzfrequenzen sind so definiert, dass dort 3dB Dämpfung
herrscht. Wenig schön, wenn das Nutzsignal schon um 3dB gedämpft wird.
Aber irgendeine Dämpfung muss zugelassen werden, und sei es 0.1dB. Dem
entsprechend muss die Grenzfrequenz höher gewählt werden. Wie viel, wird
auch wieder vom Filtergrad abhängen. Siehe auch den Beitrag von Markus
F.
zu d)
Wieso Transimpedanz? Ein Mikro ist doch keine Strom- sondern eine
Spannungsquelle. Warum nicht einfach ein ganz normaler
Wechselspannungsverstärker?
Ein Kondensatormikro braucht übrigens eine DC-Vorspannung.
zu e)
Mindestens doppelt so hoch, also mehr als 2kHz.
zu f)
Die Frage von Markus F. stelle ich mir auch gerade. Aber wörtlich steht
da, dass sich das Signal zwischen 3mV und 3V bewegt, nicht die
Amplitude. Dann reichen die 10Bit bei einem AD-Wandler.
Der Aufgabensteller sollte seine Fragen schon noch etwas präzisieren!
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