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
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
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
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 :)
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
>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.
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.
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...
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...
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.
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
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...
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.
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.
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
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
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
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.
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.
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?
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.
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.
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
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...
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... :-))
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?
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 ...
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.
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 :)
