Hallo,
ich möchte eine Kapazität (Feuchtesensor Mk33, 300pF +-ca.60pF) messen.
Die Kapazität hängt am Eingang eines Multivibrators (Komparator). Die
Kapazität wird über den Ausgang des Komparators aufgeladen bzw.
entladen.
Die Periodendauer erfasse ich dann mit einem µC.
Da das ganze erst mal genau werden soll, möchte ich einen Komparator
nehmen der eine rise/fall time von 10ns hat.
In den Datenblättern von Komparatoren steht meistens, dass die rise/fall
time innerhalb der Spezifikation ist, wenn eine Last von 15pF anliegt.
Meine Frage ist jetzt, wie wirkt sich die Sensorkapazität (Mk33), die
direkt am Minuseingang hängt und über einen 170kOhm Widerstand am
Ausgang hängt, auf das Verhalten des Komparators aus? Wenn ja, wie wirkt
sich die größere Kapazität auf die rise/fall time aus?
lora schrieb:> In den Datenblättern von Komparatoren steht meistens, dass die rise/fall> time innerhalb der Spezifikation ist, wenn eine Last von 15pF anliegt.
Damit ist die Lastkapazität am Ausgang gemeint, an den Eingang kannst du
anschließen so viel du willst
> Meine Frage ist jetzt, wie wirkt sich die Sensorkapazität (Mk33), die> direkt am Minuseingang hängt und über einen 170kOhm Widerstand am> Ausgang hängt, auf das Verhalten des Komparators aus?
Je größer die Kapazität, umso niedriger die Frequenz.
> Die Kapazität wird über den Ausgang des Komparators aufgeladen bzw.> entladen.
Der Komarator braucht aber eine Hsyterese.
> Da das ganze erst mal genau werden soll, möchte ich einen Komparator> nehmen der eine rise/fall time von 10ns hat.
Derartige Anstiegs-/ Fallzeiten wirken sich bei 10kHz (=der empfohlenen
Arbeitsfrequenz) nicht merklich auf die Frequenz aus.
Dank für die schnelle Antwort.
>Damit ist die Lastkapazität am Ausgang gemeint, an den Eingang kannst du>anschließen so viel du willst
Okay. Jetzt nur für das Verständnis. Was passiert wenn der
Rückkopplungswiderstand (170k) immer kleiner wird? Dann "sieht" der
Komparatorausgang den Kondensator doch immer mehr als Last, oder?
Ab welchem Widerstand, kann man sagen, dass diese Kapazität einen
Einfluss auf die Komparatorspezifikation hat?
>Der Komarator braucht aber eine Hsyterese.
Ja, eine Hysterese ist natürlich vorgesehen (ca. 2/3Ub minus 1/3Ub).
>Derartige Anstiegs-/ Fallzeiten wirken sich bei 10kHz (=der empfohlenen>Arbeitsfrequenz) nicht merklich auf die Frequenz aus.
Das war für mich der Sinn der Sache, damit die Kapazität relativ genau
gemessen werden kann, bzw. erst einmal von dieser
Auswertungsschaltungsstufe so wenig wie möglich verfälscht wird. Oder
habe ich da etwas falsch verstanden.
lora schrieb:> Das war für mich der Sinn der Sache, damit die Kapazität relativ genau> gemessen werden kann, bzw. erst einmal von dieser> Auswertungsschaltungsstufe so wenig wie möglich verfälscht wird. Oder> habe ich da etwas falsch verstanden.
Da Feuchtemessungen sowieso nur mit begrenzter Genauigkeit möglich
sind (Bestenfalls 1%) muss man sich nicht auf solche Feinheiten
konzentrieren. Viel wichtiger wäre da eine Kalibrierung nach
Fertigstellung der Schaltung.
Gruss
Harald
>ich möchte eine Kapazität (Feuchtesensor Mk33, 300pF +-ca.60pF) messen.>Die Kapazität hängt am Eingang eines Multivibrators (Komparator). Die>Kapazität wird über den Ausgang des Komparators aufgeladen bzw.>entladen.>Die Periodendauer erfasse ich dann mit einem µC.
Was sich in der Theorie einfach und elegant anhört, wirft in der Praxis
nicht selten eine Menge Probleme auf: Schon die geringsten Störungen am
Eingang des Komparators lassen die Frequenz merklich schwanken. Die
Konsequenz ist ein deutlicher Jitter, der sich in der Regel nicht
vollständig herausmittelt.
Gerade schnelle Komparatoren sind da problematisch. Deswegen würde ich
dringend die Verwendung eines speziellen Chips empfehlen, der für diese
Aufgaben getrimmt ist, beispeilsweise den 555 bzw. seine CMOS-Version.
Zusätzlich mußt du gut filtern und gut abschirmen. Die Lage des
Massepunkts des kapazitiven Sensors muß wohl bedacht werden. Hier
sollten keine Masseströme aus anderen Schaltungsteilen drüber fließen.
lora schrieb:> Ab welchem Widerstand, kann man sagen, dass diese Kapazität einen> Einfluss auf die Komparatorspezifikation hat?
Auf die Spezifikationen hat das gar keinen Einfluss, nur auf sein
Verhalten in der Schaltung. Wie genau, hängt vom Komparator-Typ und
seiner Beschaltung ab (es gibt Open-Kollektor-Typen).
> Das war für mich der Sinn der Sache, damit die Kapazität relativ genau> gemessen werden kann, bzw. erst einmal von dieser> Auswertungsschaltungsstufe so wenig wie möglich verfälscht wird. Oder> habe ich da etwas falsch verstanden.
10ns sind 1/10000 von 100µs, an der Stelle zu "optimieren" ist sinnlos.
Der Sensor selbst hat einen Linearitäsfehler und eine Hysterese von je
bis 2%, also das 200-fache.
Vielen Dank für die Antworten. Diese haben mir die Augen geöffnet.
Also sollte man vielmehr auf niedrige Temperaturkoeffizienten der
einzelnen Komponenten achten und anschließend eine Kalibrierung
durchführen, richtig?
>Also sollte man vielmehr auf niedrige Temperaturkoeffizienten der>einzelnen Komponenten achten und anschließend eine Kalibrierung>durchführen, richtig?
Da du ja schon einen µC da hast, kannst du theoretisch alles
wegkalibrieren, bis auf die Hysterese und die Langzeitdrift.
lora schrieb:> Okay. Jetzt nur für das Verständnis. Was passiert wenn der> Rückkopplungswiderstand (170k) immer kleiner wird? Dann "sieht" der> Komparatorausgang den Kondensator doch immer mehr als Last, oder?>> Ab welchem Widerstand, kann man sagen, dass diese Kapazität einen> Einfluss auf die Komparatorspezifikation hat?
Wenn der Komparator einen CMOS-Ausgang hat, dann liegt der äquivalente
Ausgangswiderstand bei 30-50 Ohm. Spätestens bei einem zehnmal so großen
Rückkopplungswiderstand würde ich die kapazitive Belastung des Ausgangs
als "nicht vorhanden" einstufen.
Man baut solche Oszillatoren typisch als Relaxationsoszillator: vom
Komparatorausgang über einen Widerstandsteiler auf den (+) Eingang [1]
und über das RC-Glied an den (-) Eingang. Dann kompensiert sich die
Betriebsspannung praktisch raus. Was bleibt, sind die Durchlauf-
verzögerung des Komparators und sein Eingangsstrom und -Offset.
[1] die Variante für unipolare Betriebsspannung hat einen Spannungs-
teiler auf 1/2 Vcc am (+) Eingang und von da einen Widerstand zum
Ausgang. Bei 3 gleichen Widerständen sind die Spitzenwerte an den
Komparatoreingängen ca. 1/3 Vcc und 2/3 Vcc.
XL
