mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Aufladen eines Kondensators - Fehlersuche


Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo miteinander,

ich bin gerade ein wenig am verzweifeln, was ich noch falsch mache bzw. 
wie ich mein Problem lösen kann.

Ich habe einen Ausgang und einen Eingang.
Die Pegel sind 0V und -9V.
Der Ausgangswiederstand beträgt laut Datenblatt 35 Ohm und die 
Eingangskapazität gegen Masse beträgt 22nF.

Nun ist ja mein Tau 0,7us, also wäre der Kondensator rein rechnerisch 
nach ca. 3,9us (5*Tau) aufgeladen.

Nun ergibt sich aber die im Bild zu sehende Kurve die zeigt, dass 90% 
erst nach 7us aufgladen sind, also irgendwo ist da ein Faktor von fast 2 
zu viel.

Das könnte mehrere Gründe haben:
- entweder der Ausgangstrom vom Ausgang ist begrenzt (das muss ich noch 
abklären), aber die Kurve an sich verläuft ja nahezu ideal... sieht für 
mich nicht nach Strommangel aus
- der Ausgangswiderstand ist höher als erwartet
- die Eingangskapazität ist höher als erwartet

Kann ich in irgendeiner Weise herausfinden, welcher der drei Fälle 
eintritt und wieso die Kurve eine so lange Aufladezeit hat?

Mein Ziel ist es, dass ein Pegel von -8,5V nach ca. 3us erreicht wird, 
was ja rein rechnerisch ohne Probleme möglich wäre. Aber wie immer sieht 
die Praxis ganz anders aus. Was kann ich mit der vorhandenen Schaltung 
machen, um diese Vorgabe zu erreichen, ohne eine weitere Treiberstufe 
dazwischen zu schalten?

Die kapazitiven Komponenten der Leiterbahnen kann ich vermutlich bei 
22nF vernachlässigen. Die Leiterdicken sind maximal 0,2mm bei ca. 6cm 
Strecke... das ergibt also irgendwas bei ein paar pF, richtig?

Vielen Dank!
Andi

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ausgangswiderstand wird unter optimalen Bedingungen (halbe 
Versorgungsspannung?) gemessen worden sein, und liegt real höher.

So ein Widerstand ist ja kein Bauteil, sondern ergibt sich.

Will man was definiertes, braucht es ein Bauteil.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
bei 9 V und 35 Ohm würden zu Beginn 0,26 A fliessen. Schafft dies Deine 
Spannungsquelle? Da du anscheinend einen Oszi hast, schau Dir mal die 
Spannung vor dem Widerstand an. Wenn sie zu Beginn einbricht dann hast 
Du die Ursache. Ansonsten nimm einen Widerstand der weniger Strom 
fliessen lässt als Deine Quelle hergibt und wähle dann passend den 
Kondensator.

Oh, ich habe gerade gesehen, Du meinst den Ausgangswiderstand der 
Quelle. Den kann man auch ermitteln. Aber nimm einfach einen kleineren 
Kondensator.
Gruss Klaus.

Autor: Floh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Probier mal, das Bild aufm DSO größer hinzukriegen. Die meisten 
billigeren DSOs berechnen so Sachen wie delta t nämlich aus dem 
Bildinhalt. Außerdem kann mans dann besser selbst sehen :-)
Also auf 2V/div gehen, das ganze nach oben schieben, timebase auf 
2us/div.
Dann auswerten. :-)

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo und Danke,

sowohl der Widerstand, als auch der Kondensator sind in den Chips drin 
und stellen quasi die Ersatzbauteile für den jeweiligen Port dar. Also 
ist es weder am Ausgang, noch am Eingang möglich, die Bauelemente zu 
tauschen. Das wäre irgendwie zu einfach :)

Ob der Ausgang eine Stromlimitierung hat, weiß ich noch nicht. Ich habe 
den Hersteller bereits angeschrieben. Als typischer Wert sind im 
datenblatt 10mA angegeben. Da er Kurzschlusstrom aber nur sehr kurz 
fließt, sollte das kein Hindernis sein. Die Frage ist eben nur, ob der 
Strom künstlich limitiert wird oder nicht.

Kann man die Schaltzeiten denn durch eine externe, parallele Beschaltung 
in irgendeiner Weise verbessern?

Vielen Dank!

PS: Das angegebene delta-t stimmt schon. Ich verwende ja die 
Cursorfunktion :)
Wenn Du allerdings ein größeres Bild wünschst, kann ich das gerne 
nochmal größer darstellen.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Andreas,
Was hast Du für eine Spannungsquelle? Ein IC?
Du musst jedenfalls den Ausgangsstrom erhöhen. Die ginge schon mit einer 
Kollektorschaltung.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204133.htm
Allerdings fällt hier zumindest die Basis-Emitterspanung ab.
Gruss Klaus.

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

Der Ausgang ist der eines im IC integrierten Treibers.

Ein zusätzlicher Treiber wäre eine einfache Lösung, nur kann ich den 
Zweig zwischen Ein- und Ausgang nicht auftrennen, da er über Midlayer 
geführt ist und ich keine reele Chance habe, da dran zu kommen.
Ich hatte mich auf die Angaben in den datenblättern verlassen.
22nF, 35 Ohm und -9V und schwupps habe ich meine -8,5V nach maximal 3us.

Aber nun sieht es ganz anders aus und nun suche ich eine kostengünstige 
Lösung.

MfG Andi

Autor: Helmut S. (helmuts)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Welcher IC ist es? Typ?

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der andere ist ein MOSFET,
nur 7 Beiträge, und schon beginnt sich langsam am Horizont abzuzeichnen,
was die Rahmenbedingungen sind von denen der Threadersteller faselt,
nun noch weitere 10 Beiträge,
und wir werden ahnen, daß es um die Überschneidung von
PWM-Impulsen in Vollbrücken geht...

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der IC mit dem Ausgang ist ein AD9928 (hier der V-Driver Ausgang) und 
der Eingang ist ein vertical Eingang vom Kodak KAI-4021.
Es ist sehr speziell und mit Sicherheit hat hier noch niemand mit dieser 
Kombination gearbeitet.

Deswegen habe ich die Thematik möglichst allgemein gehalten. Denn dieses 
Problem läßt sich auf die oben genannte, konkrete Problemstellung 
reduzieren, ohne die Chipangaben zu kennen, mit denen eh kaum einer 
Erfahrungen haben dürfte.
Alle relevanten Angaben habe ich gemacht, oder fehlt noch etwas?

Hier in der FH gibt es für solche speziellen Fälle auch keinen richtigen 
Ansprechpartner, weil ja noch Semesterferien sind.

Grüße

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Ob der Ausgang eine Stromlimitierung hat, weiß ich noch nicht.

Wenn der Ausgang bipolar ist tritt irgendwann Konstantstrombetrieb auf. 
(Wenn der Basisstrom mal Verstärkung am Kollektor überschritten ist.)

Bei CMOS-Ausgang sollte es ein Bahnwiderstand sein, falls dieser nicht 
Slew-Rate begrenzt ist.

Die steilen Flanken am Anfang und Ende des Impulses deuten auf einen 
Masseversatz (z.B. Induktiver Spannungsabfall am GND-Pin des ICs hin).

Die Frage ist: ist der Ausgang überhaupt für 22nF!! spezifiziert. Die 
meisten ICs haben Lastkapazitäten im Bereich um ca 100pF als Maximalwert 
spezifiziert. (Ausnahmen sind Leitungstreiber für lange Leitungen).

Gruß Anja

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nachtrag:

den Treiber-Innenwiderstand kannst du leicht messen indem du den 
Empfänger durch verschiedene Widerstände ersetzt und die Kennlinie z.B. 
in ca 1mA-Schritten aufnimmst.

Gruß Anja

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Der Ausgangswiederstand beträgt laut Datenblatt 35 Ohm und die
> Eingangskapazität gegen Masse beträgt 22nF.

Damit wäre

  τ=35Ω·22nF=770ns.

Man kann das τ auch aus der angelegten Spannung U₀ und der anfänglichen
Spannungssanstiegsgeschwindigkeit dU/dt bestimmen. Dabei ist U₀=-9V und
dU/dt≈-3V/µs (aus dem Bild abgelesen).

  τ=U₀/(dU/dt)=-9V/(-3V/µs)=3µs

Nach 7µs sind -9V·(1-exp(-7µs/3µs))=-8,13V erreicht, was ebenfalls ganz
gut mit der Messung übereinstimmt, so dass angenommen werden kann, dass
τ tatsächlich in der Gegend von 3µs liegt.

Die Frage ist jetzt natürlich, woher der Faktor 4 zwischen der aus den
Datenblattangaben berechneten und der gemessenen Zeitkonstante kommt.

Zum einen sind bei ICs Kapazitäten und erst recht Widerstände oft star-
ken Exemplarstreuungen unterworfen. Zum anderen sind diese Werte bei
Halbleiterschaltungen alles andere als konstant und hängen bspw. von der
angelegten Spannung ab. Im Datenblatt sollte deswegen angegeben sein,
unter welchen Bedingungen der Ausgangswiderstand und die Eingangskapazi-
tät gemessen worden sind. Weichen die Randbedingungen in deiner Schal-
tung stark davon ab, könnte dies den Unterschied erklären.

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Der Ausgangswiederstand beträgt laut Datenblatt 35 Ohm und die
> Eingangskapazität gegen Masse beträgt 22nF.
>
> Nun ist ja mein Tau 0,7us, also wäre der Kondensator rein rechnerisch
> nach ca. 3,9us (5*Tau) aufgeladen.

Nunja, auf 0.7 µs kommt wahrscheinlich jeder bzw. weiß jeder woher die 
kommen aber inwiefern steht denn der Eingangs -kondensator mit dem 
Ausgangs -widerstand in Verbindung? 6 cm langes und 0.2 mm dickes 
Kupfer machen Pi mal Daumen 90 Ohm Widerstand. Rechnen wir mal damit 
zusätzlich: (35+90) Ohm *22 nF = 2.75 us. Na das passt doch 
überschlagsmäßig ;)

Andreas B. schrieb:
> Die kapazitiven Komponenten der Leiterbahnen kann ich vermutlich bei
> 22nF vernachlässigen. Die Leiterdicken sind maximal 0,2mm bei ca. 6cm
> Strecke... das ergibt also irgendwas bei ein paar pF, richtig?

Die kapazitive Komponente wahrscheinlich ja (hab ich nicht 
nachgerechnet, hängt u.a. von der Geometrie ab), den Widerstand der 
Leiterbahn allerdings nicht. Der ist erheblich im Vergleich mit dem 
Ausgangswiderstand:

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael schrieb:
> machen Pi mal Daumen 90 Ohm Widerstand

ist noch früh am morgen: du meinst wohl "Milli-Ohm"

Gruß Anja

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Anja schrieb:
> ist noch früh am morgen: du meinst wohl "Milli-Ohm"

Öhm, nö. Ich mein eigentlich µΩ...die Fläche ist ja in mm2 (hatte die 
Fläche in m2 gerechnet)...upsala.

However, ich denke dass hier noch irgendwo ein Widerstand/Kondensator 
steckt, der nicht berücksichtigt wurde.

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo und danke für die hilfreichen Hinweise.

Mir ist es gerade wie Schuppen von den Augen gefallen.

Ich habe absolut nicht bedacht, dass der eine Ausgang zwei Eingänge 
ansteuert. Die Eingängen haben am Chip selber zwar die gleiche 
Bezeichnung, sind also sicher intern kurzgeschlossen, aber es sind zwei 
getrennte Pins. Durch diese Beschaltung addieren sich ja die Kapazitäten 
und schon habe ich meinen Faktor 2 gefunden... verdammt :(

Dann stimmen auch die Rechnungen mit der Messung überein.

Nun muss ich mir was einfallen lassen, wie ich den Strom erhöhen kann, 
da die Kapatitäten und Widerstände ja mehr oder weniger fix sind.
Vermutlich muss ich mehrere Treiberausgänge verwenden...

Vielen Dank für den Gedankenanstoß :)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Ich habe absolut nicht bedacht, dass der eine Ausgang zwei Eingänge
> ansteuert. Die Eingängen haben am Chip selber zwar die gleiche
> Bezeichnung, sind also sicher intern kurzgeschlossen, aber es sind zwei
> getrennte Pins.

Das kann nicht die Erklärung sein. Wenn die Eingänge intern wirklich
kurzgeschlossen sind, ist die Kapazität die gleiche, egal ob ein oder
beide Pins angeschlossen werden.

> Durch diese Beschaltung addieren sich ja die Kapazitäten und schon
> habe ich meinen Faktor 2 gefunden...

Der Faktor ist aber nicht 2, sondern fast 4. Die Zeit für das Aufladen
auf 90% der anliegenden Spannung ist nämlich nicht 5·tau, sondern nur
-ln(1-0,9)·tau = 2,30·tau = 1,77µs ≈ 7µs/4.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.