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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 'Trick' für Spannungsfenster?


Autor: arno nyhm (Gast)
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Hallo,

hat jemand eine gut Idee um folgendes Problem elegant zu lösen?
Ich möchte ein Spannungsfenster mittels zweier Trimmpotis vorgeben 
(Umin/Umax, jeweils im Bereich von 0-10V wobei Umin<Umax gewährleistet 
ist), nun soll eine Eingangsspannung im Bereich von 0-10V - respektive 
0-100% - eine Ausgangsspannung im Bereich von Umin bis Umax erzeugen, 
linear.

Ist 'machbar', kein Frage. Die geschickte Verschaltung einiger 
Operationssverstärker liefert ein brauchbares Ergebnis, die 
Geschwindigkeit der Schaltung ist zweitrangig - muss nicht sonderlich 
schnell sein, die Genauigkeit (absolute Spannungen sowie Linearität) 
spielt eine größere Rolle.

Hat jemand nun eine Idee für eine elegante Lösung? Ein analog 
kontrolliertes Potentiometer schwebt mir da so vor - gibt es vielleicht 
gar Bauteile die das gesamte Problem lösen?
Ich suche, wie gesagt, nur trickreiche Ideen, eine fertige Schaltung 
muss es nicht sein.

Besten Dank
Sascha

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Das müßte doch einfacher gehen, als Du dachtest. Mit dem oberen 
Potentio-
mter stellst Du Umax gegen Masse ein und mit dem unteren Umin.
Mit dem rechten Potentiometer kannst Du die Differenz an den Schleifern
der beiden ersten abgreifen und dahinter noch an den Schleifer einen
Operationsversärker als Spannungsfolger setzen, um den Spannunsteiler
nicht in die Knie zu zwingen. ;-)

MfG Paul

Autor: arno nyhm (Gast)
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Hallo Paul,

danke für Deine Antwort - in der Schaltung sollte R3 einen weitaus 
größeren Widerstand als R1 und R2 haben, damit die gegenseitige 
Beeinflussung der beiden geringer wird - oder, noch besser, die Abgriffe 
der Potis jeweils mit Spannungsfolgern puffern, bevor R3 folgt.

Leider hilft mir diese Schaltung nicht weiter - nur Minimum und Maximum 
sollen per Trimmpoti eingestellt werden, das eigentliche Stellsignal 
(0-10V) kommt 'von draußen'.

Grüße
Sascha

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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arno nyhm schrieb:
> Leider hilft mir diese Schaltung nicht weiter - nur Minimum und Maximum
>
> sollen per Trimmpoti eingestellt werden, das eigentliche Stellsignal
>
> (0-10V) kommt 'von draußen'.

Das mußt Du weiterentwickeln:

Doch, es geht schon mit exakt dieser Schaltung.
Du mußt halt noch mind. 2 Komparatoren spendieren, die Deine 
eingestellten Min/Max-Werte mit dem "Stellsignal" vergleichen.

Autor: arno nyhm (Gast)
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Habe ich mich so undeutlich ausgedrückt?!

Ich möchte das Eingangssignal nicht begrenzen - ich möchte den Bereich 
0..10V auf Umin..Umax abbilden.

Uaus = Uein/10V*(Umax-Umin)+Umin

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Mit einem Instrumentenverstärker geht es so. Umin darf auch größer als
Umax sein. Es gilt trotzdem immer wie gewünscht

  Ua = Ue/10V·(Umax-Umin) + Umin

Die Versorgungsspannung des Instrumentenverstärkers muss natürlich so
ausgelegt sein, dass sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsspan-
nungsbereich mindestens von 0 bis 10V reicht.

Autor: Der kleine Niels (Gast)
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muss es ein Umax geben? oder reicht eine Verstärkung. Dann könntest du 
deine Formel oben 1:1 in Bauteilen aufbauen. Spannungsteiler (falls 
nötig) -> OP mit Verstärkung x und offset y fertig

Autor: Anja (Gast)
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arno nyhm schrieb:
> Ich möchte ein Spannungsfenster mittels zweier Trimmpotis vorgeben
> (Umin/Umax, jeweils im Bereich von 0-10V wobei Umin<Umax gewährleistet
> ist), nun soll eine Eingangsspannung im Bereich von 0-10V - respektive
> 0-100% - eine Ausgangsspannung im Bereich von Umin bis Umax erzeugen,
> linear.

Ist aber nicht eine Laborarbeit für deinen Prof der immer noch versucht 
den perfekten Regler für seine Aufzugssteuerung ohne teure 
Multiplizierer zu entwickeln oder?

Vor Jahren habe ich das so gelöst:

0..10V auf einen Operationsverstärker der am Ausgang einen 
Analog-Schalter treibt. Dieser schaltet zwischen 0V und 10V um und der 
Schalterausgang geht auf einen Tiefpaß auf den anderen Eingang des OPs. 
Das am Analogschalter entstehende PWM-Signal entstpricht prozentual 
genau der Eingangsspannung zwischen 0 und 10 V. (Regelschleife des OPs).

Ein 2. Analogschalter schaltet mit dem gleichen PWM-Signal des OPs 
zwischen den beiden Poti-Abgriffen um. Ein kleiner Tiefpaß und Du hast 
den perfekten Multiplizierer der am Ausgang das Verhältnis zwischen Poti 
1 und 2 ausgibt.

Aber Vorsicht ich glaube mein Prof hat damals die Schaltung nicht 
verstanden. Er hatte Angst daß die paar kHz mit der der OP schwingt sich 
negativ auf die EMV-Abstrahlung auswirken könnte.

Gruß Anja

Autor: arno nyhm (Gast)
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Wunderbar, vielen Dank Yalu! Das ist genau die elegante Lösung, deren 
Existenz ich vermutete - aber selbst nicht fand.

Dein Vorschlag, Niels, ist die Implementierung welche ich auch umgesetzt 
hätte, allerdings halt mit allen Nachteilen analoger Rechenoperationen 
mit Operationsverstärker-Schaltungen, es wäre ja ohnehin auf einen 
Aufbau Instrumentenverstärkers/Multiplizierers hinausgelaufen, die 
elegante Lösung das Mittenpotential der Limit-Potis mit dem 
Eingangssignal zu verschieben, entging mit dabei allerdings.

Auch Euch sei gedank, Nils und Anja!
Es geht mir übrigens nicht um eine Hausaufgabe/Klausurvorbereitung mit 
Fahrstühlen - sondern um eine bessere Auflösung mit einem dafür 
eigentlich zu grob quantisierten Stellsignal (10bit-DAC sitzt da 
irgendwo...) in einem 780nm-External-Cavity-Diode-Laser (für eine 
Rubidium-MOT) hinzubekommen. Der interessante Frequenzbereich ist recht 
klein, verglichen mit dem Scanbaren bereich des Lasers, die 
Monitorschaltung mit einer Rubidium-Absorptionszelle gibt als 
Steuersignal für den Laser eben die 0-10V aus, in relation zum 
Frequenz-Peak (also stärkste Absorption) der im eingestellten Fenster 
liegt.

Grüße
Sascha

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