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
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>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
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