Guten Tag,
ich komm aus einem kleineren Betrieb und bräuchte deshalb etwas Hilfe
bei meiner Abschlussprüfung.
Wir sollen bei dem betrieblichen Auftrag EGS 2013/2014 eine Erweiterung
des DC-Voltmeters aus dem Vorjahr bauen.
Auszug aus dem Betrieblichen Auftrag:
"Das vorhandene DC-Voltmeter soll auf Funktion geprüft werden und so
erweitert werden, dass sinusförmige Wechselspannungen im NF Bereich von
20Hz bis 20kHz in einem Spannungsbereich von 0V bis 2V messbar sind. Es
ist der Effektivwert anzuzeigen. Die Erweiterung soll auf einer
externen Platine erfolgen und die Anzeige dementprechend auf dem
vorhandenen DC-Voltmeter angezeigt werden.
Es ist der Frequenzgang bei einer Eingangsspannung von 1V effektiv in
Bereich 20Hz bis 20 kHz aufzunehmen
Weiterhin ist die Linearität bei 1 kHz in 10 Schritten von 0V bis 2V zu
überprüfen und zu dokumentieren.."
Meine Frage ist jetzt hat jemanden zu dieser Abschlussprüfung ein paar
Tipps auf was man achten sollte. (z.B. Liniarität)
Und natürlich eine Idee wie man diese Schaltung am besten aufbaut ich
hab schon einige Ansätze mir angeschaut, aber ich bin mir unsicher ob
das so funktioniert wie ich mir das denke^^.
Es gibt ja fertige Bausteinen dafür, die ich eigentlich ungern verwenden
würde, da ich denke das dann im Fachgespräch sehr schwierige Fragen
kommen.
Vielen Dank
Gruß
Nico L. schrieb:> Und natürlich eine Idee wie man diese Schaltung am besten aufbaut ich> hab schon einige Ansätze mir angeschaut, aber ich bin mir unsicher ob> das so funktioniert wie ich mir das denke^^.
Welche denn? Du hast ja thematisch nur zwei Möglichkeiten: Analog oder
Digital.
> Es gibt ja fertige Bausteinen dafür, die ich eigentlich ungern verwenden> würde,
Warum? Genau dafür sind sie gedacht. Und es kann eher kontraproduktiv
sein, eine teure, schlechtere Eigenentwicklung einer bereits
vorhandenen, praktikablen und funktionalen Lösung vorzuziehen.
> da ich denke das dann im Fachgespräch sehr schwierige Fragen> kommen.
Nee, wieso? Wenn Du das Teil selbst baust, prüfst, weißt, was es kann,
und was es nicht kann, dann wird Dich auch keine Frage aus dem Sattel
donnern.
Ich hab einige Möglichkeiten über OP Schaltungen gefunden aber ohne
Bauteilwerte oder sonstiges (aber diese Schaltungen stellen, glaub noch
nicht den Effiktivwert da)
Die andere Möglichenkeit wäre über einen IC.
Ja ich fand die Idee von einem IC und die Beschaltung anpassen
eigentlich gut, aber mein Meister hat gemeint wir sollten es über keinen
"fertigen" IC verwenden....
Vielen Dank für die schnelle Antwort.
Haben Sie schon Erfahrungen mit True RMS Bausteinen gemacht? Und welcher
IC würden zu meinen Anforderungen passen?
Gruß
Nico L. schrieb:> Ja ich fand die Idee von einem IC und die Beschaltung anpassen> eigentlich gut, aber mein Meister hat gemeint wir sollten es über keinen> "fertigen" IC verwenden....
Meister? Welchen Abschluss machst Du denn? Und was ist das für ein
"Meister"?
Nico L. schrieb:> Ich hab einige Möglichkeiten über OP Schaltungen gefunden aber ohne> Bauteilwerte oder sonstiges
Braucht man ja auch nicht, weil sich die Bauteilwerte aus der Anwendung
heraus ergeben.
Ich mache die Abschlussprüfung Teil 2 im Bereich Elektroniker für Geräte
und Systeme. Naja, ich antworte lieber nicht..^^
Ok gibt es einen IC der für meine Anwendung geeignet ist?
Der OP braucht sich doch um RMS-Werte gar keine Gedanken zu machen!!
Es soll einfach nur der Effektivwert einer SINUS-förmigen Spannung in
einem kleinen Frequenzbereich gemessen werden.
Mein spontaner Vorschlag: einen zweiwege Spitzenwertgleichrichter mit 4
OP-Amps, 4 Dioden ein paar Widerständen plus nachgeschaltetem
Spannungsteiler. Vielleicht läßt sich das bei gleichspannungsmäßig
entkoppeltem Eingang und den passenden OPs sogar ohne negative
Versorgungsspannung aufbauen.
Die Aufgabenstellung anders formuliert:
Da Dioden eine Schwellspannung haben, die dazu noch temperaturabhängig
ist:
Suchen Sie eine Gleichrichterschaltung (mit Opamp) die auch bei
Spannungen unter 100 mV vernünftig gleichrichtet und bauen Sie sie auf.
Üblich ist eine Gleichrichterschaltung mit zwei (gepaarten) Dioden. Dazu
sollte man begreifen/wissen, wie die Schwellspannung der beiden Dioden
sich gegenseitig kompensiert, und wie auch der Temperaturfehler der
temperaturabhängigen Durchlassspannung durch die Paarung der Dioden
verschwindet.
Der RC-Tiefpass zur Mittelwertbildung sollte eine Grenzfrequenz haben,
dass er bei 20 Hz die AC-Komponente deutlich unterdrückt.
Überprüfen Sie die Eigenschaften der fertigen Schaltung und
dokumentieren Sie diese.
also Nur: Op-Amp-Schaltung suchen, die im Bereich 0--2V temperaturstabil
und linear gleichrichtet. aufbauen, prüfen, dokumentieren.
Ein /fertiger) Baustein zur sog. echten Effektivwertmessung dürfte wohl
nicht verlangt sein.
Man sollte möglichst auch den Unterschied zwischen der bei DVM's
üblichen Spannungsanzeige ("Effektivwert" nur bei Sinusform von U) und
der true-rms-Messung kennen.
Das geht auch nur mit OPs.
http://www.ti.com/lit/an/snoa855/snoa855.pdf
Selbstgemachter True RMS Converter. Allerdings muessen die Transistoren
auf einem Chip sitzen damit das Teil Temperaturstabil wird.
>Der OP braucht sich doch um RMS-Werte gar keine Gedanken zu machen!!>Es soll einfach nur der Effektivwert einer SINUS-förmigen Spannung in>einem kleinen Frequenzbereich gemessen werden.
Eben!
Peter R. schrieb:> Die Aufgabenstellung anders formuliert:>> Da Dioden eine Schwellspannung haben, die dazu noch temperaturabhängig> ist:> Suchen Sie eine Gleichrichterschaltung (mit Opamp) die auch bei> Spannungen unter 100 mV vernünftig gleichrichtet und bauen Sie sie auf.>> Üblich ist eine Gleichrichterschaltung mit zwei (gepaarten) Dioden. Dazu> sollte man begreifen/wissen, wie die Schwellspannung der beiden Dioden> sich gegenseitig kompensiert, und wie auch der Temperaturfehler der> temperaturabhängigen Durchlassspannung durch die Paarung der Dioden> verschwindet.>> Der RC-Tiefpass zur Mittelwertbildung sollte eine Grenzfrequenz haben,> dass er bei 20 Hz die AC-Komponente deutlich unterdrückt.>> Überprüfen Sie die Eigenschaften der fertigen Schaltung und> dokumentieren Sie diese.> also Nur: Op-Amp-Schaltung suchen, die im Bereich 0--2V temperaturstabil> und linear gleichrichtet. aufbauen, prüfen, dokumentieren.>> Ein /fertiger) Baustein zur sog. echten Effektivwertmessung dürfte wohl> nicht verlangt sein.>> Man sollte möglichst auch den Unterschied zwischen der bei DVM's> üblichen Spannungsanzeige ("Effektivwert" nur bei Sinusform von U) und> der true-rms-Messung kennen.
Vielen Dank für die Erklärung :)
klingt garnicht so schwer, muss man halt bisschen ausprobieren
Gruß
Also verstehe ich das hoffentlich richtig ich verwende einen
Präzisionsgleichrichter und einen Tiefpass.
Und diese Schaltung passe ich noch auf meine geforderten Richtwerte an..
Peter R. schrieb:> Üblich ist eine Gleichrichterschaltung mit zwei (gepaarten) Dioden. Dazu> sollte man begreifen/wissen, wie die Schwellspannung der beiden Dioden> sich gegenseitig kompensiert, und wie auch der Temperaturfehler der> temperaturabhängigen Durchlassspannung durch die Paarung der Dioden> verschwindet.
Wie kann ich mir as kompensieren des Temperaturfehlers und der
Schwellspannung vorstellen?
Nico L. schrieb:> Also verstehe ich das hoffentlich richtig ich verwende einen> Präzisionsgleichrichter und einen Tiefpass.> Und diese Schaltung passe ich noch auf meine geforderten Richtwerte an..>>
Genau das ist es.
>> Wie kann ich mir as kompensieren des Temperaturfehlers und der> Schwellspannung vorstellen?
Kannst du z.B. derart vorstellen das die Diode im Rückkopplungszweig des
OPV liegt, dessen (sehr hohe) Verstärkung kompensiert dies Verhalten.
Bei HF (>>1MHz) Gleichrichtung verwendet man (die hiesigen HF Spezis)
dagegen recht gern das Doppeldiodenverfahren mit Kompenstion, Du kannst
das bei Interesse mal googeln (HF Präzisions Gleichrichter),
aber für Deiner Anwendung (bis 20kHz) ist das "overkill"; da genügt der
OPV voll & ganz.
Nico L. schrieb:> Müsste ich eigentlich nicht einen Bandpass verwenden (da die Bandbreite> von 20Hz bis 20kHz geht)?
Nein, denn du sollst ja nicht die Sinushalbwellen durchlassen (sonst
hast du die ja dann am Ausgang, der zu deinem DC-Voltmeter geht),
sondern die Halbwellen wegsperren und deren Mittelwert bilden:
Peter R. schrieb:> Der RC-Tiefpass zur Mittelwertbildung sollte eine Grenzfrequenz haben,> dass er bei 20 Hz die AC-Komponente deutlich unterdrückt.
Damit du den Mittelwert als möglichst stabile, konstante DC-Spannung
bekommst, muss die Grenzfrequenz des Tiefpass sehr weit unter deiner
kleinsten zu messenden Frequenz (20Hz) liegen. Du musst nur aufpassen,
dass du die Grenzfrequenz des Tiefpass nicht so klein machst, dass es
ewig dauert, bis sich die Ausgangsspannung an den Mittelwert der
Sinushalbwellen angenähert hat.
Gruß
ein frisch ausgelernter EGSler ;-)
>Wie kann ich mir as kompensieren des Temperaturfehlers und der>Schwellspannung vorstellen?
Du wirst für die Aufgabe eine Einweg- oder Doppelweggleichrichtung
verwenden. Dafür brauchst du Dioden. Wie schon geschrieben wurde, sollst
du jetzt eben diese Gleichrichterdioden in der Gegenkopplung eines
OPamps plazieren, der die Durchlaßspannungen und damit deren
Temperaturschwankungen mit seiner enormen Leerlaufverstärkung ausregelt.
Es gibt im wesentlichen zwei Methoden: Du baust einen Einweg- oder
Doppelweggleichrichter und filterst dann mit einem Tiefpaß alle
Wechselspannungsanteile heraus. Was übrig bleibt, ist ein DC-Wert, der
mit dem Effektivwert zusammenhängt. Durch einfaches Versärken dieser
Spannung mit einem gewissen Faktor (den ich jetzt nicht verraten
möchte...)zeigt der Ausgang dann den Effektivwert an. Dieses Verfahren
arbeitet zuverlässig auch bei höheren Frequenzen, einen ausreichend
schnellen OPamp vorausgesetzt.
Das andere Verfahren ist der Spitzenwertdetektor, der mit der
gleichgerichteten Wechselspannung einen Kondensator auf den Spitzenwert
der Wechselspannung auflädt. Dieses Verfahren ist besonders bei höheren
Frequenzen von Nachteil, weil der dazu nötige OPamp nur einen sehr
kurzen Moment Zeit hat, den Kondensator auf den Spitzenwert aufzuladen,
wobei er dann aufgrund seiner endlichen Geschwindigkeit natürlich
gewisse Fehler macht.
Beim ersten Verfahren hat der OPamp dagegen die gesamte Halbwelle Zeit,
das Signal zu präparieren. Lediglich die Nulldurchgänge sind etwas
kritisch, tragen aber prozentual weniger zum Signal bei, als die Spitze
beim Spitzenwertdetektor.
Nico L. schrieb:> Wie kann ich mir as kompensieren des Temperaturfehlers und der> Schwellspannung vorstellen?
Mal Dir die Opamp-Schaltung hin und überlege die Strompfade in beiden
Halbwellen.
invertierende Schaltung: eine Stromrichtung von Aus zu Ein des Opamp R2
in reihe mit Diode. Andere Stromrichtung von Aus zu Ein Diode allein.
in einer Halbwelle wird die Eingangsspannung um den Faktor R1/R2
verstärkt und die Durchlassspannung der Diode D1 kommt dazu, als Fehler.
in der anderen Halbwelle ist die Verstärkung Null, denn R2 ist ja im
zweiten Stromweg nicht vorhanden. Am Ausgang entsteht nur die
Fehlspannung durch die zweite Diode.
Wenn beide Halbwellen gleich sind (man hat ja sinus) ist der Fehler
durch die Dioden einmal pos das andre mal negativ, das gleicht sich im
Mittel aus.
Ich hätte noch eine Frage, ich würde gerne die Schaltung simulieren..
z.B. Multisim kenn ich aus der Schule, ist ja für 30 Tage kostenlos.
Wie "real" sind eigentlich dann die Werte die man über die Simulation
herausfindet? Also wenn ich zum Beispiel meinen Tiefpass aufbau, kommen
dann die ausprobierten Werte, die zu einem guten Ergebnis führen an eine
reale Schaltung hin?
Nico L. schrieb:>> Wie "real" sind eigentlich dann die Werte die man über die Simulation> herausfindet? Also wenn ich zum Beispiel meinen Tiefpass aufbau, kommen> dann die ausprobierten Werte, die zu einem guten Ergebnis führen an eine> reale Schaltung hin?
Sind schärfer als die Realität, um mal ein Werbespruch zu missbrauchen.
Oder kurz gesagt: Die Simu Kannst du in dem Frequenzbereich 1:1
übernehmen.
>> Wie "real" sind eigentlich dann die Werte die man über die Simulation>> herausfindet? Also wenn ich zum Beispiel meinen Tiefpass aufbau, kommen>> dann die ausprobierten Werte, die zu einem guten Ergebnis führen an eine>> reale Schaltung hin?>> Sind schärfer als die Realität, um mal ein Werbespruch zu missbrauchen.>> Oder kurz gesagt: Die Simu Kannst du in dem Frequenzbereich 1:1> übernehmen.
Nur wenn die Bauteilwerte in der Simulation gleich der in der Realität
sind. Es müssen exakt die gleichen Bauteilwerte wie in der Realität
verwendet werden, bei Dioden ist das sehr wichtig. Auch die Werte des
OP, z.B. Offsetspannung und Grenzfrequenzen sollten berücksichtigt
werden.
>Wie "real" sind eigentlich dann die Werte die man über die Simulation>herausfindet? Also wenn ich zum Beispiel meinen Tiefpass aufbau, kommen>dann die ausprobierten Werte, die zu einem guten Ergebnis führen an eine>reale Schaltung hin?
Ist teilweise sehr unterschiedlich, je nachdem, was du simulierst. Aber
für deine Zwecke sollte es genügen. Ich würde TINA-TI empfehlen. Ist von
Texas Instruments und umsonst. LTSpice ist leistungsfähiger aber
umständlicher in der Bedienung.
Hallo Nico,
den letzten Absatz des Beitrages von Martin finde ich richtig gut. Für
den Prüfungsausschuss ist es völlig irrelevant, welche Bauteile du zur
Realisierung deines Auftrages verwendet hast. Es ist wichtig, warum du
gerade diese Bauteile ausgewählt hast, da dies zur Prozesskompetenz
zählt. Daher ist die Empfehlung von Martin, sich mit den Bauteilen
auszukennen, ein sehr guter Rat.
Vielleicht dachte sich dein Meister, dass mit einer selbstentworfenen
Schaltung dir das Fachgespräch leichter fällt, als mit einem fertigen
Baustein. Der Lerneffekt ist evtl. ein wenig höher, wobei in der Praxis,
wie Martin auch schrieb, fertige Bausteine verwendet werden.
Ich freu mich also auf das Fachgespräch mit dir und wünsche dir noch
viel Erfolg.
Der Prüfer
Martin Schwaikert schrieb:> Nico L. schrieb:>> Nee, wieso? Wenn Du das Teil selbst baust, prüfst, weißt, was es kann,> und was es nicht kann, dann wird Dich auch keine Frage aus dem Sattel> donnern.
