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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik spezielle Sample and Hold Schaltung


Autor: Gästchen (Gast)
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Hallo,

ich benötige eine Sample and Hold Schaltung, mit welcher ich ein 
Eingangssignal mit einem Taster manuell sampeln kann und die Schaltung 
dann dieses Spannungswert etwa 5 Minuten hält. Die Aufladezeit des 
Kondensators soll somit sehr kurz sein, während die Entladezeit des 
Kondensators sehr lang sein soll. Wie realisiere ich soetwas am besten?

Meine bisherige Idee ist, dass ich mit einem Taster einen Vorwiderstand 
des Kondensators überbrücke. Dadurch habe ich beim Aufladen eine sehr 
kleine Zeitkonstante. Lasse ich den Taster los, so ist der Vorwiderstand 
nicht überbrückt und die Zeitkonstante T=R*C steigt. Also ich schalte 
das "R" mit dem Taster um, um damit ich die Zeitkonstante zu verändern.

Was haltet Ihr davon. Habt ihr evtl. andere Ideen?

Beste Grüße

Autor: 6a66 (Gast)
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Gästchen schrieb:
> Wie realisiere ich soetwas am besten?

Digital samplen mit uC und Taster und dann mit ADC des uC den Hold-Wert 
ausgehen. Bei den Zeitkonstanten wird das schwierig mit den 
Selbstentladungen der C's.

rgds

Autor: Gästchen (Gast)
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Es soll rein analog realisiert werden. Kein µC.

Autor: Klaus R. (klara)
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Gästchen schrieb:
> Was haltet Ihr davon.

So wie Du es beschreibst hast Du einen Kondensator den Du über einen 
Vorwiderstand langsam auflädst. Dann willst Du per Taster diesen 
Vorwiderstand überbrücken um den Kondensator voll aufzuladen.

Gut, nur dabei bleibt der Kondensator voll aufgeladen, so lange sich die 
Eingangsspannung nicht ändert. Und wenn die Eingangsspannung sich 
ändert, so wird die Spannung des Kondensators sich nach einer e-Funktion 
ebenfalls ändern.

Du musst schon angeben um wie viel Spannung sich der Kondensator in 5 
Minuten ändern darf.

Gästchen schrieb:
> Es soll rein analog realisiert werden. Kein µC.

OPV erlaubt?
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
Autor: Gästchen (Gast)
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Die Eingangsspannung wird im Bereich von 0-1V liegen. Während dem Halte 
Vorgang sollte der Drift nicht mehr als 10mV/min betragen. Also in 5min 
entsprechend 50mV, sodass die Spannung nach den 5min 0,95V beträgt. 
Weniger wäre natürlich noch besser :)

Autor: Gästchen (Gast)
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OPV ist natürlich erlaubt. Einzige Forderung ist nur dass kein µC und 
keine digitalen Bausteine eingesetzt werden sollen.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Gästchen schrieb:
> Die Aufladezeit des Kondensators soll somit sehr kurz sein, während die
> Entladezeit des Kondensators sehr lang sein soll. Wie realisiere ich
> soetwas am besten?
Du nimmst einen Kondensator mit geringem Leckstrom.

> Was haltet Ihr davon. Habt ihr evtl. andere Ideen?
Such doch einfach mal nach "Sample and Hold" Schaltungen. Google hilft 
mit der Bildersuche weiter:
https://www.google.de/#q=sample+and+hold+schematic
Im einfachsten Fall sieht deine Schaltung etwa so aus:
http://electronics.stackexchange.com/questions/158...

Eines wäre noch durchaus interessant: welche Impedanz hat deine Quelle?
Oder andersrum: was ist die Quelle?

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Max M. (jens2001)
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Gästchen schrieb:
> einen Vorwiderstand
> des Kondensators

Wozu ein "Vorwiderstand"?

Mal den Quatsch mal auf!

Gästchen schrieb:
> andere Ideen?

2St OpAmp
1St CD4066
1St Kondensator
Div. Widerstände

Autor: Gästchen (Gast)
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>Eines wäre noch durchaus interessant: welche Impedanz hat deine Quelle?
>Oder andersrum: was ist die Quelle?

Quelle ist noch nicht genau bekannt, da die Quelle noch entwickelt 
werden muss. Quelle wird aber auf jeden Fall ein OPV aus der vorherigen 
Schaltung sein.


>Mal den Quatsch mal auf!

z.B. so wie oben im Bild

Beide Taster öffnen und schließen gemeinsam. Dadurch lädt sich der 
Kondensator schnell auf, wenn der Taster geschlossen ist. Ist er offen 
und er entlädt er sich sehr langsam.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Gästchen schrieb:
> Es soll rein analog realisiert werden. Kein µC.

Gästchen schrieb:
> Die Eingangsspannung wird im Bereich von 0-1V liegen. Während dem Halte
> Vorgang sollte der Drift nicht mehr als 10mV/min betragen.

1% Spannungsverlust pro Minute bedeutet ein \tau von ca. 100 min. Nehmen 
wir mal an, der Kondensator hätte bei 1V einen Leckstrom von 1µA. Das 
entspricht einem Verlustwiderstand von 1M. Um auf \tau = R*C = 6000s zu 
kommen, brauchst du also C = 6000µF

Geh also los und suche einen 6000µF Elko mit maximal 1µA Leckstrom. 
Natürlich darf jegliche Schaltung, die die Spannung am Elko auswertet, 
auch keinen nennenswerten Leckstrom verursachen. Aber OPV mit wenigen nA 
Eingangsstrom gibt es ja.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Vielleicht hilft ja der Baustein DS4303.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Gästchen schrieb:
> Dadurch lädt sich der Kondensator schnell auf, wenn der Taster
> geschlossen ist. Ist er offen und er entlädt er sich sehr langsam.
Diese Logik muss man aber nicht verstehen?
Denn wenn sich der Konsensator "langsam" entlädt, dann fließt ein Strom 
in den +Eingang des OP, ergo fällt eine Spannung am R3 ab und damit 
bekommt der OP nicht die Spannung am Kondensator zu sehen und die 
Ausgangsspannung ist falsch...

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Axel S. schrieb:
> Nehmen wir mal an, der Kondensator hätte bei 1V einen Leckstrom von
> 1µA. Das entspricht einem Verlustwiderstand von 1M. Um auf \tau = R*C =
> 6000s zu kommen, brauchst du also C = 6000µF
Sinnvollerweise nimmt man einen Kondensator mit signifikant geringerem 
Leckstrom und einen OP mit extrem niedrigem Eingangsstrom...

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Lothar M. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Nehmen wir mal an, der Kondensator hätte bei 1V einen Leckstrom von
>> 1µA. Das entspricht einem Verlustwiderstand von 1M. Um auf \tau = R*C =
>> 6000s zu kommen, brauchst du also C = 6000µF
> Sinnvollerweise nimmt man einen Kondensator mit signifikant geringerem
> Leckstrom und einen OP mit extrem niedrigem Eingangsstrom...

Bei derartig langen Haltezeiten macht man das sinnvoll digital.

Selbst wenn man um Faktor 100 besser ist und auf 10nA Leckstrom kommt, 
braucht man immer noch 60µF Hold-Kapazität. Und dann definitiv kein 
Elko. Das wird groß und teuer.

Autor: 6a66 (Gast)
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Axel S. schrieb:
> macht man das sinnvoll digital.

Hatte ich auch schon geraten - will er nicht :0 auch wenn es dann 
einfach wird. Habe das Gefühl da ist irgendeine Aufgabe (Studium, 
Ausbildung, Proaktikum o.ä.) dahinter.

rgds

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Axel S. schrieb:
> Bei derartig langen Haltezeiten macht man das sinnvoll digital.
Ok, ich begrenze meine Aussage "sinnvollerweise" auf die Forderung "darf 
nur analog sein".

Natürlich würde man vorteilhafterweise einen ADC vorn hin machen, dann 
ein Latch, das auf Knpfdruck den Wert speichert und dahinter einen DAC.
Damit es kleiner wird, nähme man einen 6 Pin uC der einen ADC und einen 
schnellen PWM Generator hat. Und wäre so mit 1 IC und 20 Zeilen Code 
fertig...

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Lothar M. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Bei derartig langen Haltezeiten macht man das sinnvoll digital.
> Ok, ich begrenze meine Aussage "sinnvollerweise" auf die Forderung "darf
> nur analog sein".
>
> Natürlich würde man vorteilhafterweise einen ADC vorn hin machen, dann
> ein Latch, das auf Knpfdruck den Wert speichert und dahinter einen DAC.
> Damit es kleiner wird, nähme man einen 6 Pin uC der einen ADC und einen
> schnellen PWM Generator hat. Und wäre so mit 1 IC und 20 Zeilen Code
> fertig...

Genau das macht das IC DS4303 von Maxim.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Helmut S. schrieb:
> Genau das macht das IC DS4303 von Maxim.
Das ist ja ein wilder Hack, den muss ich mir merken...  ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Urban (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>> Genau das macht das IC DS4303 von Maxim.
> Das ist ja ein wilder Hack, den muss ich mir merken...  ;-)

Merke ich mir auch, zudem der Preis bei ca. 4 Euro/Stück liegt.

Autor: 6a66 (Gast)
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Urban schrieb:
> Merke ich mir auch, zudem der Preis bei ca. 4 Euro/Stück liegt.

Na ja, in Stückzahlen auch nur 2EUR35 aber das ist auch eine MENGE Geld.

rgds

Autor: Urban (Gast)
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6a66 schrieb:
> Urban schrieb:
>> Merke ich mir auch, zudem der Preis bei ca. 4 Euro/Stück liegt.
>
> Na ja, in Stückzahlen auch nur 2EUR35 aber das ist auch eine MENGE Geld.

Das soll doch jetzt ein Scherz sein? Für mich sind das Peanuts.


Da der TO schrieb(1): "... ich benötige eine Sample and Hold Schaltung 
...", denke ich, dass das für ihn eine Lösung sein kann.

(1)
Hervorhebung von mir

Autor: Werner H. (werner45)
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Analogspeicher gehen auch für lange Zeiten. In den späten 70ern gab es 
die Signalverarbeitung nur rein analog, das funktionierte aber auch. 
Verwendet wurden Op-Standardschaltungen. Ich erinnere mich an einen 
Basislinienspeicher mit einem 10-µF-Folienkondensator in der Rückführung 
eines LM709 (!) (warscheinlich ausgesucht). Der Wert blieb 1 Stunde 
stabil. Mit 4 parallelen 10-µF-Kondensatoren und besserem OpV blieb er 
den ganzen Tag stehen.

Rechne mal die Zeitkonstante mit den Leckströmen moderner Bauteile 
aus...

Gruß   -   Werner

Autor: Dieter W. (dds5)
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Werner H. schrieb:
> Ich erinnere mich an einen
> Basislinienspeicher mit einem 10-µF-Folienkondensator in der Rückführung
> eines LM709 (!) (warscheinlich ausgesucht).

Da war aber mit ziemlicher Sicherheit noch ein Dual-FET (2N3955 oder 
U232) dazwischen oder eine Kreuz-Knobel Schaltung zur Kompensation des 
OP-Eingangsstroms.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Gästchen schrieb:
> Die Aufladezeit des
> Kondensators soll somit sehr kurz sein

Wieviel ist "kurz"?
Bedenke, dass die treibende Schaltung umso mehr Strom liefern muss, je 
schneller die Aufladung stattfinden soll, und je größer der Kondensator 
ist.
Vielleicht kannst du den Taster selbst ja benutzen um den Kondensator zu 
schalten. Reedrelais sind auch problemlos.

Im Übrigen ist das, wie Werner45 schon schrieb, keine besondere 
Herausforderung.
Lediglich auf die Qualität des Speicherkondensators hinsichtlich 
dielektrischer Nachwirkungen (soakage) solltest du achten.
Von den bezahlbaren Materialen ist da ein PP-Dielektrikum am besten 
(MKP-Typen).


Axel S. schrieb:
> Nehmen
> wir mal an, der Kondensator hätte bei 1V einen Leckstrom von 1µA.

Dann ist das kein Kondensator, sondern ein 1MOhm Widerstand.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
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P.S.:
Ich habe etwas ähnliches vor einer Ewigkeit mal mit dem ZN425 gemacht. 
Digital, ohne µC und ohne Speicherkondensator, Haltezeit: ewig.
Iirc  brauchts ausser dem ZN425 nur noch ein simples CMOS-Gatter und 
einen Opamp.
Soll ich mal schauen, ob ich die Schaltung noch finde?

Autor: Edi R. (edi_r)
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Vor langer Zeit habe ich mal sowas gemacht wie auf dem Bild. Kernstück 
ist natürlich der Kondensator C1, der natürlich hochwertig sein soll. 
Danach kommt ein CA3140 mit MOSFET-Eingang, der einen Eingangsstrom von 
10 pA (typ.) hat. Umgeschaltet habe ich damals mit CMOS-Schaltern, das 
waren noch die CD4016, die es heute fast nicht mehr gibt und durch die 
gebräuchlicheren CD4066 ersetzt wurden. Um den Leckstrom der Schalter zu 
verringern, habe ich bei den Schaltern ein wenig mehr Aufwand getrieben: 
Zwei Schalter SW1 und SW2 in Reihe, dazu einen invertiert angesteuerten 
Schalter SW3, der das Potential am Punkt zwischen SW1 und SW2 auf das 
Ausgangspotential anhebt. Nachdem das Ausgangspotential nur um die 
Offsetspannung von der Kondensatorspannung abweicht, liegt im 
Hold-Zustand am Schalter SW2 nur die Offsetspannung an, wodurch der 
Leckstrom durch SW2 drastisch reduziert wird. Die Schalter sollten 
break-before-make funktionieren, dann kann man sich eigentlich auch den 
Widerstand R2 sparen.

Autor: Gästchen (Gast)
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Hallo,

ich bedanke mich für die ganzen Antworten. Es sind sehr interessante 
Vorschläge dabei. Zusammenfassend scheint wichtig zu sein, dass die 
Kondensatoren hochwertig mit geringen Leckströmen sein müssen. Die 
verwendeten OPs sollten geringe Eingangsströme im pA Bereich haben. Als 
Schalter werde ich wie vorgeschlagen welche mit "break before make" 
Technologie verwenden.

>Soll ich mal schauen, ob ich die Schaltung noch finde?

Gerne. Ich wäre auch interessiert an solch einer Lösung. Die Aufgabe ist 
es zwar die Schaltung analog zu realisieren, aber es wäre auch sehr 
interessant ob es evtl. so günstiger realisierbar ist.

Gerne auch weitere Vorschläge. Ich freue mich über jede Idee und 
Beispielschaltung.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

<Opa erzaehlt vom Krieg>
In der Zeit, als noch Ultraschallfernbedienungen verwendet wurden, gab's 
bei Grundig Supercolor Fernsehern auch Analogspeicher fuer die Werte von 
Helligkeit, Farbkontrast und Lautstaerke. Das waren irgendwelche in 
Glibber vergossenen Kondensatoren und Feldeffekttransistoren. Die haben 
die Einstellungen ueber Tage speichern koennen.
Diese Dinger sind aber recht schnell aus den TVs verschwunden. D.h. man 
kann das prinzipiell zwar machen, es gibt aber doch mittlerweile andere, 
bessere Moeglichkeiten.
</Opa erzaehlt vom Krieg>

Gruss
WK

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Edi R. schrieb:
> Um den Leckstrom der Schalter zu verringern, habe ich bei den Schaltern
> ein wenig mehr Aufwand getrieben:
Das ist vermutlich nicht nötig, denn
Gästchen schrieb:
>>>>>> mit einem Taster manuell sampeln
Wenn der Schalter tatsächlich ein manueller Taster ist, der mit nicht 
allzu langer Leitung angeshlossen werden kann, dann kann man sich die 
Make-Break Geschichte sparen. Denn der mechanische Taster hat von sich 
aus hoffentlich einen vernachlässigbaren Leckstrom. Wenn nicht, müsste 
an dieser Stelle nachgebessert werden...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: gatebelag (Gast)
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Hp M. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Nehmen
>> wir mal an, der Kondensator hätte bei 1V einen Leckstrom von 1µA.
>
> Dann ist das kein Kondensator, sondern ein 1MOhm Widerstand.

Super!!!
Habe mich beim ersten lesen schon gefragt wo es wohl solch niederohmigen 
Kondensatoren geben mag... :-))

Autor: gatebelag (Gast)
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Was ich eigentlich sagen wollte, R3 nebst Überbrückung hat doch keinen 
Sinn, oder?
Er muß, um den Messwert nicht zu verfälschen, klein sein gegenüber dem 
Eingangswiderstand des OPs.
Und dadurch bestimmt doch auch nur der Eingangswiderstand des OPs die 
Entladezeit?

Autor: Jörg (Gast)
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Ein Tipp wäre noch der LF398.

Gibt's sogar bei Rei...

Autor: HildeK (Gast)
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Dergute W. schrieb:
> <Opa erzaehlt vom Krieg>

Ja, kenne ich auch noch.
Geladen/Entladen wurde über die Resonanzspannung des Schwingkreises vom 
US-Empfänger. Die Spannung am Kondensator wurden über eine Glimmlampe 
von der Speisung abgetrennt.
Funktionierte erstaunlich gut - bis sich mal eine Fliege in die Kammer 
verirren konnte und den Kondensator recht schnell entladen hatte ...

Autor: Peter D. (peda)
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Die Speicherkondensatoren in einer SSD speichern auch analog (8 
Spannungswerte = 3Bit).
Nach einem Jahr sollte man eine SSD aber wieder unter Spannung setzen 
zum Auffrischen.

Autor: 6a66 (Gast)
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Urban schrieb:
> Für mich sind das Peanuts.

In Serienprodukten ....

rgds

Autor: Henrik V. (henrik_v)
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1V und 10mV Drift... da reihen ja 8 bit. Es soll nur ohne µC sein....
Also mal suchen ob es noch Wandler mit 8 bit Parallelausgang, Latch und 
8bit DA .. zur Not R2R und Amp...   geht also ohne µC digital :)

Autor: Urban (Gast)
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6a66 schrieb:
> Urban schrieb:
>> Für mich sind das Peanuts.
>
> In Serienprodukten ....
>
> rgds

Aber klar.

rotz

Autor: Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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Bei der analogen Loesung mit dem Speicherkondensator sollte man auch die 
dielektrische Absorption des Kondesnator beachten!

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