DA Wandler Schaltung

[Steffen R. (steffenr)]

Hallo,

Ich würde mir gerne einen DA Wandler selbst zusammen löten. Problem, ich 
finde keinen passenden Schaltplan oder ich habe ihn schon gefunden aber 
verstehe zu wenig davon.

Aufgabe des DA Wandlers soll es sein, 9 Heizungsstellventile 
anzusteuern. Die 9 PWM (5V 490HZ ) Signale kommen von einem Arduino 
Mega. Die Stellventile benötigen 0-10V. Zur Stromversorgung habe ich 
5,12,24VDC zur Verfügung.

Ich habe mir, um die Schaltung zu verstehen, diesen DA Wandler gekauft: 
http://www.cctools.eu/ext_index.php/artikel/1420

Die Bauteile (LM358, MKS 0,47µF, Elko 4,7µF, Elko 47µF, Widerstand 
33k/1%, Widerstand 10k/1%, Widerstand 10k/5%) habe ich mir zusätzlich 
noch in genügender Menge gekauft.

Leider hat dieser Wandler auch ein 0-5V Ausgang. Das überfordert mich 
schon um diese Schaltung zu minimieren.
Auch steht da was von PWM ca 2kHz. Der Arduino kann ohne größeren 
Aufwand einige Frequenzen aber nicht 2kHz.


Ein Schaltplan eines 9 Fach DA Wandlers unter Verwendung eines großteils 
der Bauteile, die ich oben genannt habe wäre super.

Ich würde aber auch gerne verstehen wie das ganze Funktioniert. Mir 
macht das Platinenlayout erstellen (Fritzing) und die Löterei viel Spaß. 
Einfache Sachen verstehe ich noch. Aber beim DA Wandler (wahrscheinlich 
auch noch einfach) gibt es bei mir schon Fragen.
Deshalb würde ich vorschlagen, das ich meine Fragen stelle und ich aus 
euren Antworten nach und nach den Schaltplan selbst erstelle. Dabei 
lerne ich und andere etwas.

Also dann meine ersten Fragen:
Ist die Frequenz des PWM Signals wichtig? Habe irgendwo gelesen das man 
einen Wiederstand anhand der Frequenz dimensionieren muß.

Der Operationsverstärker LM358 hat nach meinem Verständnis 2 unabhängige 
"Verstärker" (1,2,3 und 5,6,7) Also kann ich doch mit einem LM358 zwei 
PWM Signale zu zwei 0-10V Signale umwandeln oder?

Wenn diese Fragen geklärt sind würde ich mich an den ersten Schaltplan 
versuch setzen.

Gruß
Steffen

[Lurchi (Gast)]

Die Schaltung um aus einem PWM Signal eine Gleichspannung zu machen ist 
kein DA wandler, sondern ein Tiefpassfilter. Um den Bereich 0-10 V zu 
erreichen braucht es zusätzlich eine Verstärkung.

Die verlinkte Schaltung dürfte ein aktiver Filter 2. bis 4. Ordnung 
sein. Für so etwas wie Heizungsregelung reicht das wohl auch aus, weil 
sich die Werte nicht schnell ändern müsssen. Die Gnrezfrequenz des 
Filters kann also realtiv niedrig gewählt werden, so dass dann auch 
schon 2. Ordnung ausreichen kann, sofern die PWM Frequenz nicht zu 
niedrig ist.

Einfach mal nach aktivem Filter suchen. Dafür findet man dann auch 
reichlich Schaltpläne.

[Earl S. (Gast)]

die Schaltung, die du gekauft hast, besteht aus einem Tiefpass 3.Ordnung 
und einer Verstärkerstufe, den Schaltplan kannst du so übernehmen. Den 
5V-Ausgang ignorierst du einfach. Da er vor der letzten Filterstufe 
herausgeführt ist, macht er sowieso nicht viel Sinn.


Steffen R. schrieb:
> Ist die Frequenz des PWM Signals wichtig? Habe irgendwo gelesen das man
> einen Wiederstand anhand der Frequenz dimensionieren muß.

die Frequenz sollte nicht niedriger sein, als angegeben, sonst filtert 
die Schaltung nicht richtig. Eine höhere PWM-Frequenz schadet nicht.
Die Aussage, dass man einen Widerstand passend Dimensionieren muss, 
bezieht sich auf ein einfaches RC-Glied. Bei dem Filter 3.Ordnung hier 
musst du drei Widerstände (R1,R2,R3) anpassen.

> Der Operationsverstärker LM358 hat nach meinem Verständnis 2 unabhängige
> "Verstärker" (1,2,3 und 5,6,7) Also kann ich doch mit einem LM358 zwei
> PWM Signale zu zwei 0-10V Signale umwandeln oder?

nein, beide Operationsverstärker werden für die Schaltung benötigt. Der 
erste bildet das Filter, der zweite den Verstärker.

[Helmut S. (helmuts)]

> Leider hat dieser Wandler auch ein 0-5V Ausgang. Das überfordert mich
schon um diese Schaltung zu minimieren.

Was heißt da leider. Den musst du ja nicht benutzen. Benutze den 10V 
Ausgang.


Wenn du noch tiefere Frequenzen filtern willst, dann erhöhe die Werte 
von C1, C2, C3.

[Wolfgang (Gast)]

Earl S. schrieb:
> nein, beide Operationsverstärker werden für die Schaltung benötigt. Der
> erste bildet das Filter, der zweite den Verstärker.

Der OP ist nur Bestandteil des Salley-Key Filter zweiter Ordnung. Die 
passive zweite Filterstufe mit R3/C3 hat mit dem ersten OP nichts zu 
tun.

Für die Arduino PWM Frequenz von 490Hz muss da gar nichts 
umdimensioniert werden, so tief wie die Grenzfrequenz des Filters ist.

[Steffen R. (steffenr)]

Hallo,

vielen Dank für eure Antworten.

Hier mein erster Versuch eines Schaltplanes.
Hat er Fehler oder gibt es was zu verbessern?
Es werden 10k Wiederstände einmal mit 5% und 10% Toleranz verwendet. Ist 
das nötig oder kann ich auch überall 1% verwenden?

Gruß
Steffen

[Earl S. (Gast)]

enger tolerierte Widerstände (nicht Wiederstände mit ie) kannst du immer 
verwenden, nur andersherum nicht.
Werden die Ventile über lange Leitungen angeschlossen? Wenn ja, dann 
sollte man die Ausgangsschaltung noch ändern, sonst kann es instabil 
werden.

[Torsten C. (torsten_c)]

Steffen R. schrieb:
> PWM_-_0-10V_Schaltplan.png

Uiii.

Und dass Du mit fünf ICs vom Typ TDA1311 oder PT8211 zehn 
Analog-Ausgänge für insgesamt 50 Cent hast, ist für Dich kein Grund, 
fertige D/A-Umsetzer zu nehmen?

Ich frag' ja nur.

[Lurchi (Gast)]

Für so langsame Signal ist PWM mit Filter schon OK. Eventuell könnte man 
die Filterstufe und Verstärkung auch mit einem OP erledigen - vor allem 
wenn man mit 2. Ordnung und höherer PWM Frequenz auskommt. Statt 2 fach 
OP LM358 gibt es auch noch die 4 fach Version LM324.

Die ferigen ADCs muss man sich noch irgendwie an den µC bringen. Da 
werden dann ggf. die Leitungen Knapp - auch SPI / I2C hilft da nur 
begrenzt. Auch geben die DAC IC,s in der Regel auch nur 0-5 V aus - die 
Verstärkerstufe braucht man also trotzdem noch. Die Audio DACs sind ggf. 
billig als Restposten - muss man dann aber noch irgendwo in China 
bestellen.

Bei längerer Leitung (so ab 1-2 m) sollte wegen der Kapazität noch ein 
Widerstand von etwa 100-220 Ohm zwischen Ausgang des OPs und dem Ausgang 
der Schaltung.

[Mike J. (linuxmint_user)]

Steffen R. schrieb:
> Die 9 PWM (5V 490HZ ) Signale kommen von einem Arduino
> Mega. Die Stellventile benötigen 0-10V.

Wichtige Frage: Wie viel Strom benötigen die Stellventile ?

Wenn es nicht nur eine Steuerspannung ohne nennenswerte Last (1mA) ist, 
dann geht das so mit den OpAmps.

Wenn die Spannung aber belastet wird und dort 1000mA fließen, dann 
benötigst du einen Treiber.
Das kann ein einfacher linearer Spannungsfolger sein, aber auch ein 
Schaltregler.

[Steffen R. (steffenr)]

Earl S. schrieb:
> Werden die Ventile über lange Leitungen angeschlossen? Wenn ja, dann
> sollte man die Ausgangsschaltung noch ändern, sonst kann es instabil
> werden.

Ja die Leitungen sind jeweils mehrere unterschiedliche Meter lang.

Mike J. schrieb:
> Wichtige Frage: Wie viel Strom benötigen die Stellventile ?

Habe ich leider nicht gemessen. Habe jetzt auch kein montierten DA 
Wandler hier um es messen zu können. Auf dem "Datenblatt" vom 
Stellventil gibt es keine Angabe. Da die Ventile aber eine extra 
Stromversorgung haben und die 0-10V als Steuerspannung benannt ist denke 
ich das dort nur ein minimaler Strom fließt. Auf der Packung steht: 
Betriebsspannung: 24V DC 0-10 V DC Re=100kOhm

Gruß
Steffen

[Lurchi (Gast)]

Mit Re = 100 KOHM ist der Eingangswiderstand angegeben: das ist eine 
geringe Belastung, die ein OP ohne Probleme treiben kann.

Wegen der langen Leitungen sollte man halt Widerstände am Ausgang der 
OPs haben, um die Kapazität der Leitung vom OP zu entkopplen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Wenn 6 Bit pro Kanal reichen, kann man TDA8444 per I²C Bus ansteuern, er 
kann direkt 0-10V liefern und hat 8 Kanäle. Bis zu 8 Stück auf einem 
Bus.

[Steffen R. (steffenr)]

Matthias S. schrieb:
> Wenn 6 Bit pro Kanal reichen, kann man TDA8444 per I²C Bus ansteuern

Torsten C. schrieb:
> Und dass Du mit fünf ICs vom Typ TDA1311 oder PT8211 zehn
> Analog-Ausgänge für insgesamt 50 Cent hast, ist für Dich kein Grund,
> fertige D/A-Umsetzer zu nehmen?

Danke für die Infos. Es gibt bestimmt elegantere, platzsparendere, 
billigere Lösungen. Aber in meinem Fall habe ich die Bauteile schon hier 
liegen und auf der Platine ist, so wie es aussieht noch genug Platz. 
Aber gut zu wissen was es sonst noch für Möglichkeiten gibt.

Lurchi schrieb:
> Bei längerer Leitung (so ab 1-2 m) sollte wegen der Kapazität noch ein
> Widerstand von etwa 100-220 Ohm zwischen Ausgang des OPs und dem Ausgang
> der Schaltung.

Lurchi schrieb:
> Wegen der langen Leitungen sollte man halt Widerstände am Ausgang der
> OPs haben, um die Kapazität der Leitung vom OP zu entkopplen.

Ok, siehe neuen Schaltplan. Aber ist es jetzt nicht so, dass durch 
diesen Widerstand die 10V nicht mehr erreicht werden können?

Gruß
Steffen

[Torsten C. (torsten_c)]

Lurchi schrieb:
> Widerstand … zwischen Ausgang des OPs und dem Ausgang
> der Schaltung

Ich denke, Du meinst blau, nicht rot, damit der OP nicht schwingt.

Steffen R. schrieb:
> Ja die Leitungen sind jeweils mehrere unterschiedliche Meter lang.

Besser wäre es doch, die digitalen PWM-Signale über die langen Leitungen 
zu übertragen, statt der analogen, oder gibt es andere Meinungen?

Also Schmitt-Trigger + Tiefpass in jedem Heizungsstellventil-Stecker.

Welche Stecker sind das? Passt ein Mini-PCB rein?

Oft haben 0-10V-Eingänge übrigens einen Pullup und einen internen 
Tiefpass, sodass ein Optokoppler im Stecker reicht.

[HildeK (Gast)]

Torsten C. schrieb:
> Ich denke, Du meinst blau, nicht rot, damit der OP nicht schwingt.

Nein, rot wäre schon richtig. Dann wird nämlich der Spannungsabfall am 
roten Widerstand mit ausgeglichen, im Fall des blauen wird eben, je nach 
Last, ein Fehler bleiben.

[Achim S. (Gast)]

HildeK schrieb:
> Dann wird nämlich der Spannungsabfall am
> roten Widerstand mit ausgeglichen, im Fall des blauen wird eben, je nach
> Last, ein Fehler bleiben.

in der roten Position wird zwar der Spannungsabfall ausgeregelt. Aber 
dort erhöht der Widerstand die Schwingneigung, die er eigentlich 
verhindern soll, weil die Phasenverschiebung der Rückkopplung größer 
wird (RC-Tiefpass aus dem 220Ohm-Widerstand und der Leitungskapazität).

Um die Leitungskapazität von der Rückkoppelschleife abzukoppeln muss der 
Widerstand an die blaue Position.

[Earl S. (Gast)]

wenn man den Widerstand an der roten Position haben möchte, kann man 
noch einen Kondensator (Größenordnung 100pF) zwischen den Ausgang und 
den invertierenden Eingang des OP schalten.
Im vorliegenden Fall (Re = 100k) ist aber der Fehler durch den blauen 
Wiederstand vernachlässigbar.

[Steffen R. (steffenr)]

Hallo,

Habe mich mal an das Platinenlayout gemacht.
Die Massefüllung auf der Unterseite habe ich ausgeblendet wegen der 
Übersichtlichkeit.
Anbei auch der aktuelle Schaltplan.

Gruß
Steffen