mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauschfilterung mit dem Instrumentationsverstärker


Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo.

Eine Frage zur Rauschfilterung mit dem Instrumentationsverstärker.
Der Instrumentationsverstärker ist durch seine hohe 
Gleichtaktunterdrückung bekannt.

Filtert der Instrumentationsverstärker auch das (thermische) Rauschen 
heraus? Angenommen, ich greife mit dem Instrumentationsverstärker zwei 
Spannungen an Messplatten ab, wird das (thermische) Rauschen in den 
Messplatten durch den Instrumentationsverstärker ebenfalls 
reduziert/gefiltert (neben den Gleichtaktstörungen)?

Grüße euch
Rolf

Autor: THOR (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nur, wenn das Rauschen Gleichtakt hat. Wenn die Messpannung selbst 
verrauscht ist und man Sie dann Gegentakt-Verstärkt, wird das Rauschen 
mitverstärkt.

Wenn man nen Sensor hat und ein langes Kabel und dann den Instrv. dann 
wird alles unterdrückt, was kapazitiv oder induktiv auf das Kabel 
einkoppelt.

Wenn der Sensor aber verrauschte Betriebsspannung hat, schlägt die 
höchstwahrscheinlich voll durch.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.

Bei den erwähnten Messplatten handelt es sich genau genommen um die 
Messsektoren einer Feldmühle. Wieso verwenden dann die meisten einen 
Instrumentationsverstärker als erste Eingangsstufe?

Gruß
Rolf

Autor: Theor (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> [...] Wieso verwenden dann die meisten einen
> Instrumentationsverstärker als erste Eingangsstufe?

Gerade wegen der hohen Gleichtaktunterdrückung und dem geringen Offset.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klar.

Aber wie beseitigen sie dann das thermische Rauschen auf den Messplatten 
und den Messwiderständen?

Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Oder irre ich mich, wenn ich behaupte, dass Kupferplatten stark 
thermisch rauschen?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Beim Thermischen Rauschen muss man unterscheiden zwischen 
Spannungsrauschen und Stromrauschen. Große Widerstände haben viel 
Spannungsrauschen aber wenig Stromrauschen.

Die Kupferplatte selber wird kaum zum Rausche beitragen. Die 
wesentlichere Rauschquelle ist eher das Stromrauschen aus dem 
Widerständen um den DC Pegel festzulegen und der Verstärker selber.

Die meisten Instrumentenverstärker sind eher nicht so gut als 
Eingangsstufe für einen Feldmühle geeignet. Die passende Wahl wären eher 
eine JFET basierte Eingangsstufen. Instrumentenverstärker sind dagegen 
meist BJT und ggf. CMOS mit AZ-Technik basiert.

Gefiltert wird das Signal bei der Feldmühle in der Regel durch die 
phasenrichtige Gleichrichtung.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Die meisten Instrumentenverstärker sind eher nicht so gut als
> Eingangsstufe für einen Feldmühle geeignet. Die passende Wahl wären eher
> eine JFET basierte Eingangsstufen. Instrumentenverstärker sind dagegen
> meist BJT und ggf. CMOS mit AZ-Technik basiert.

Danke Lurchi.

Achso ist das, ok.
Das heißt, die Rauschquellen wie beispielsweise die Messwiderstände, an 
denen Messspannungen erzeugt werden, werden durch den Lock-In-Verstärker 
herausgefiltert?

Warum verwenden dann fast alle Feldmühlen-Verstärker einen 
Instrumentationsverstärker am Eingang?

Gruß
Rolf

Autor: dünnwandiger Trog (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Instrumentenverstaerker werden verwendet um Gleichtaktspannungen 
wegzumachen.

Autor: dünnwandiger Trog (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich wuerd den Verstaerker gleich beim Aufbau anbringen, und kein Kabel 
dazwischen haben wollen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
dünnwandiger Trog schrieb:
> Instrumentenverstaerker werden verwendet um Gleichtaktspannungen
> wegzumachen.

Ok, danke.

Die übrigen Störquellen wie beispielsweise das Widerstandsrauschen 
werden dann durch den Lock-In-Verstärker behoben?

Gruß
Rolf

Autor: Eskimo (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Warum verwenden dann fast alle Feldmühlen-Verstärker einen
> Instrumentationsverstärker am Eingang?

Weil sie 2 hochohmige Eingänge haben.
(und nicht nur einen hochohmigen, wie der OpAmp).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, danke.

Wie werden die übrigen Rauschquellen wie das Widerstandsrauschen 
herausgefiltert in der Feldmühle? Durch den phasenrichtigen 
Gleichrichter (Lock-In-Verstärker)?

Gruß
Rolf

Autor: Cab_leer (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gar nicht. thermisches, also zufälliges Rauschen lässt sich nicht 
einfach so durch Schaltungstricks eliminieren. Bandbreite verkleinern 
hilft. Mittteln oder integrieren.frequenzbereiche wählen die geringe 
rauschspannungsdichte haben,  falls Frequenzabhängig


Bei der feldmühle brauchst du große wiederstände um die kleinen 
unladeströme zu messen. Das thermische Rauschen hast du damit an der 
Backe. Was hilft? Möglichst geringer rauschstrom
In der Eingangsstufe. Also jfet. Möglichst kleine Bandbreite. Möglichst 
geringes Noise-gain der Verstärkertopologie.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Cab_leer schrieb:
> Was hilft? Möglichst geringer rauschstrom
> In der Eingangsstufe. Also jfet. Möglichst kleine Bandbreite. Möglichst
> geringes Noise-gain der Verstärkertopologie.

Danke.
Das heißt, als Eingangsstufe einen Instrumentationsverstärker, der aber 
mit OPVs mit JFETs betrieben wird?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Lockin-Verstärker wirkt wie ein schmalbandiges Filter. Das reduziert 
die Bandbreite und damit das Rauschen, kann aber das Rauschen etwa der 
Verstärker oder der Widerstände nicht zu 100% eliminieren. Die 
wesentliche Aufgabe des Lockin-Verstärker ist aber eher Störungen etwa 
bei 50 Hz zu unterdrücken.

Die Schaltungen von Feldmühlen, die ich kennen nutzen 2 einzelne OPs 
(mit JFET oder CMOS Eingang). Damit wird dann ggf. ein 
Instrumentenverstärker aufgebaut.
Instrumentenverstärker sind auch nicht alle gleich - nicht jeder Type 
ist für eine Feldmühle geeignet.

Autor: dünnwandiger Trog (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Weshalb moechte man denn ueberhaupt etwas mit Widerstaenden zu tun haben 
? Weshalb kann man nicht einfach die geladenen Platten an den OpAmp 
anschliessen. Ich denke der Prozess sollte rauschfrei sein.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Auch hochohmige OPs brauchen einen DC Spannungspfad. Das sind dann in 
der Regel hochohmige (z.B. 10 M, denn höher wird teurer, wäre aber 
besser) Widerstände nach Masse. Die Widerstände sind vom Rauschen her 
auch nicht unbedingt das große Problem, wenn sie groß genug sind.

Es gibt Alternativen zu den Widerständen nach GND, aber viel besser wird 
das auch nicht unbedingt. Probleme hat man der Feldmühle eher mit der 
Mechanik, Luftströmungen und so etwas wie Oberflächenfilmen, die die 
scheinbare Austrittsarbeit beeinflussen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Auch hochohmige OPs brauchen einen DC Spannungspfad.

Danke.

Was bedeutet ein "DC Spannungspfad" beim OPV?

Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Leute, danke für eure bisherigen Antworten.

Macht es Sinn, die von Gleichtaktstörungen befreite Messspannung einer 
Feldmühle (am Ausgang des Instrumentationsverstärkers) in einem 
Präzisionsgleichrichter weiterzuverarbeiten?

Gruß
Rolf

Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Was bedeutet ein "DC Spannungspfad" beim OPV?

Nun, man kann nich kapazitiv koppeln und sich nicht um den DC Anteil 
kuemmern. Es muss ein Pfad vorhanden sein.

> .. in einem Präzisionsgleichrichter weiterzuverarbeiten?

Nun. Im Prinzip liegt die Information im Wechsel-Anteil. Man kann mit 
einem Praezisionsgleichrichter dahinter, oder mit einem 
Synchrongleichrichter, oder AC verarbeiten.
Auf welchen Spannungslevel liegen denn die Signale nach dem 
Instrumentenverstaerker ? Sind das uV, mV, V ?

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für Deine Hilfe.

Genau das wollte ich auch noch fragen. Wie groß muss ich das 
Verstärkungsverhältnis wählen bzw. welche Spannung benötigt der 
Synchrongleichrichter? Im Allgemeinen oder habe ich da beliebige 
Freiheit?

Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Instrumentationsverstärker bekommt eine zu verstärkende Spannung von 
27 mV und verstärkt bzw. filtert diese auf rund 5 Volt.

Gruß
Rolf

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es gibt auch Verstärker ohne DC-Pfad in der Form, daß der Pfad zwischen 
den beiden + und - Eingängen liegt, aber nicht zum Rest des Verstärkers. 
Ein Beispiel ist bei LTspice dabei: P2.asc (George A. Philbrick 
Researches, Inc. P2 All Solid State Differential Operational Amplifier)

Bei FET-Eingängen fließt praktisch auch kein Strom.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Leute.

Wäre es möglich, einen Vollweg-Präzisionsgleichrichter bestehend aus 
OPVs und Dioden für die Feldmühle zu verwenden?

Also anstelle des bei Feldmühlen allseits verwendeten 
Lock-In-Verstärkers bzw. Snchrongleichrichters.

Gru
Rolf

Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja, sicher. Aus den 27mV Signal gibt es dann eben auch eine Spannung in 
diesem Bereich. Da sollte man dann vorher und/oder nachher verstaerken.

Ein Lock-in kann eben auch noch mit viel kleineren Signalen klarkommen. 
Insbesondere kann ein Lock-in auch noch mit Signalem im Noise 
klarkommen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sapperlot W. schrieb:
> Ja, sicher. Aus den 27mV Signal gibt es dann eben auch eine Spannung in
> diesem Bereich. Da sollte man dann vorher und/oder nachher verstaerken.

Danke.

Die 27mV werde ich in einen Instrumentationsverstärker geben, der einen 
Ausgangsspannungsbereich von 0 bis 10V zur Verfügung stellt.

Nach dem Präzisionsgleichrichter muss noch ein Tiefpass hinzugefügt 
werden, um die endgültige Ausgangsspannung der Feldmühle zu bekommen?

Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin.

Eine Feldmühle soll ein lineares Übertragungsverhältnis besitzen. 
Felderzeugende Spannung und Spannung am Ausgang der Feldmühle sollen in 
einem proportionalen Verhältnis zueinander stehen.

Besitzt ein Lock-In-Verstärker dementsprechend auch ein lineares 
Übertragungsverhältnis?
Ebenfalls auch ein Präzisionsgleichrichter mit OPVs?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Präzisionsgleichrichter hat den Nachteil, dass er immer eine 
positive Spannung liefert. Nahe null liefert Rauschen und andere 
Störunge auch einen positiven Untergrund.

Der Synchrongleichrichter ist da besser weil auch negative 
Ausgangsspannungen möglich sind und Rauschen keinen Offset gibt. 
Insbesondere so etwas wie 50 Hz / 100 Hz Untergrund kann i.A. gut 
unterdrückt werden.

Ein Synchrongleichrichter / Lockin ist recht gut linear. Insbesondere 
bei kleinen Spannungen besser als der Präzisionsgleichrichter. 
Entsprechend sollte man für die Feldmühle schon die 
Synchrongleichrichtung nutzen.
Die Spannung darf da auch recht klein sein. Bei einem guten Aufbau kann 
man auch am Ausgang des Synchrongleichrichters noch Spannungen im 
Bereich 1-10 µV auflösen. Wichtig ist halt das auch Spitzen und bei 
ungünstigen Bedingungen die Spannung nicht in die Begrenzung kommt. So 
etwas wie eine 100 mV Pegel am Gleichrichter sind durchaus in Ordnung, 
viel größer sollten die Störungen auch nicht werden.


OPs mit FET-Eingang haben zwar einen sehr kleinen DC Eingangsstrom, man 
darf den aber trotzdem nicht ganz au0er acht lassen und nur AC-kopplen. 
Auch wenn es nur pA sind kommen die nicht so ohne weiteres durch 
Kondensatoren.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Lurchi!
Ich werde beide Varianten ausprobieren.
Eine Frage beschäftigt mich schon etwas länger: der AD620 und die guten 
OPVs haben Eingangsruheströme (input bias current) von 1 bis 2 nA. Wie 
verhindert man, dass die Influenzströme auf den Messplatten von den OPVs 
verschluckt bzw. als Eingangsruheströme draufgehen?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Input bias Strom ist ein DC Strom, dem wird bei der Feldmühle dann 
ein Wechselstrom von der Influenz. Im Prinzip stört der Biasstrom da 
noch nicht, der fließt einfach über die Widerstände nach Masse ab. 1 nA 
durch einen Widerstand vom 10 MOhm geben auch nur 10 mV an Offset, der 
nicht weiter stört.

Störend ist beim AD620 aber das Stromrauschen (das indirekt mit dem 
Biasstrom zusammenhängt). Das sind zwar nur 0.1 pA pro Wurzel Hz - bei 
10 MOhm als Widerstand gibt das aber trotzdem schon etwa 1 µV/Sqrt(Hz) 
als Rauschspannung. Über die Kapazität der Platte wird es ggf. etwas 
weniger, es ist aber schon eine deutliche Rauschquelle. Die passendere 
Verstärkung wäre das ein Instrumentenverstärker oder auch einfach 3 OPs 
auf CMOS / JFET Basis (z.B. TLC274 / TL074). Da liegt der Rauschstrom 
eher so bei 1 fA/sqrt(Hz) also etwa 100 mal niedriger - das etwas höhere 
Spannungsrauschen (z.B. 25 nV statt 9 nV) ist noch nicht so störend. Ein 
besonders gute Gleichtaktunterdrückung wird in der Regel nicht benötigt.

Wenn es unbedingt ein INA sein soll, dann eher ein AD8220 INA121 oder 
INA155.

Eine Ausführung mit Präzisionsgleichrichtung macht eher wenig Sinn, das 
geht nur so einigermaßen in starken Feldern und zusätzliche wenig 
Störungen. Die Synchrongleichrichtung muss nicht Aufwändig sein. Auch 
die günstigen Versionen mit CMOS Schaltern wie 4066 oder 4053 können gut 
sein. Die wesentliche Schwierigkeit dürfte darin bestehen das 
Referenzsignal in der Phase abzugleichen und ein Tastverhältnis nahe 50% 
zu erreichen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank. Das hat mir erst einmal weitergeholfen.

Könntest Du mir noch eine Email geben, falls sich noch Bauteilfragen 
ergeben.

Gruß
Rolf

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
LTC1043 könnte da eventuell passen.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für eine typische Feldmühle muss eher nicht so genau sein.
Eine Schaltung wie die hier:
http://members.inode.at/576265/fieldmill.pdf
sollte ausreichen. D.h. die Synchrongleichrichtung mit billigen CMOS 
Schaltern wie der CD40xx Serie.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi,

meine Feldmühle steht in einer von außen elektromagnetisch abgeschirmten 
Umgebung.

Ich möchte erst einmal den Vollweg-Präzisionsgleichrichter ausprobieren. 
Welche OPVs würdest Du mir dafür und generell empfehlen?

Würdest Du mir die Schaltung aus dem Titze/Schenk für den 
Vollweg-Präzisionsgleichrichter raten (Abb. 25.20)?
[[https://books.google.de/books?id=FLzzBgAAQBAJ&pg=P...]]

gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Als OPs sollten eher einfache Typen ausreichen. Je nach 
Versorgungsspannung so etwas wie TL072 oder TLC272, ggf. auch die 4 fach 
Version. LM358/LM324 sollte man außer für DC am Ausgang eher vermeiden. 
Gleichrichterschaltungen mögen ggf. auch mal einen schnelleren OP - auch 
bei nur 10 Hz.

Wenn man es unbedingt mit einfachem Gleichrichter probieren will, sollte 
man etwas filtern, um andere Frequenzen (vor allem 50 Hz und 100 Hz wenn 
es irgend geht) raus zu halten. Da die Frequenz mit vielleicht 10-100 Hz 
eher niedrig sein wird dürfte die Art der Gleichrichterschaltung nicht 
so wesentlich sein - gut wird es mit dem ungesteuerten Gleichrichter so 
oder so nicht.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Wenn man es unbedingt mit einfachem Gleichrichter probieren will, sollte
> man etwas filtern, um andere Frequenzen (vor allem 50 Hz und 100 Hz wenn
> es irgend geht) raus zu halten. Da die Frequenz mit vielleicht 10-100 Hz
> eher niedrig sein wird dürfte die Art der Gleichrichterschaltung nicht
> so wesentlich sein - gut wird es mit dem ungesteuerten Gleichrichter so
> oder so nicht.

Vielen Dank Lurchi.

Vor dem (Vollweg-)Präzisionsgleichrichter verwende ich einen 
Instrumentationsverstärker wie oben schon besprochen. Reicht dessen 
Gleichtaktunterdrückung nicht als Filterung der 50Hz und ähnlichem aus?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein Instrumentenverstärker kann nur Gleichtaktstörungen unterdrücken, 
gefiltert wird da noch nichts. Wie gut die Unterdrückung eines externen 
Gleichtaktsignals ist, hängt dabei auch vom genauen Layout und den 
Kabeln ab - d.h. die gute Gleichtaktunterdrückung fertiger 
Instrumentverstärker kommt gar nicht zum tragen. Wegen des Einflusses 
der Umgebung hilft da auch ein Abgleich nicht wirklich weiter.

Eine Filterung im Frequenzbereich ist da was anderes und wirkt ggf. 
zusätzlich. D.h. man bekommt z.B. 20 bis 40 dB von der Symmetrie im 
Aufbau und der Gleichtaktunterdrückung. Dazu kann ein Filter (z.B. 
Bandpass für die Signalfrequenz) ggf. noch mal 10 dB bis 30 dB 
Unterdrückung für 50 Hz Störungen bringen. Mit Notch Filtern wären auch 
mehr möglich.

Ein Synchroner Gleichrichter kann für 50 Hz / 100 Hz Störungen schon mal 
eine 80 dB Unterdrückung bringen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ah ok, danke.

Was ist eigentlich der Unterschied zwischen einem Lock-In-Verstärker und 
einem Synchrongleichrichter?
Ein Lock-In-Verstärker besitzt einen Modulator (Mischer) aber in den 
Schaltungen der Feldmühlen kann ich den Mischer nicht erkennen.

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Synchrongleichrichter ist ein (ggf. der wesentliche) Teil eines 
Lockin-Verstärkers. Ein Lockin-Verstärkers hat zusätzlich eine 
einstellbare Verstärkung am Eingang, eine Aufbereitung für das 
Referenzsignal und ggf. einen Generator. Einen Modulator hat der 
Lockin-Verstärkers in der einfachen Form eigentlich nicht - nur den 
Synchrongleichrichter als Demodulator.

Bei der Feldmühle greift man das Referenzsignal z.B. Optisch vom sich 
drehenden Rad ab. Als Modulator wirkt der mechanische Aufbau mit den 
Flügeln, die die Platten abdecken und frei geben.

Bei der Auswertung mit Synchrongleichrichter baut man sich sozusagen 
einen einfachen Lockin-Verstärker, passend zu der Anwendung.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok soweit, danke Lurchi. Mal sehen, ob es klappt.

Eine andere Sache noch:
Mit der Feldmühle hatte ich auch vor, ein 50Hz-Wechselspannungsfeld zu 
vermessen. Dazu wollte ich den Rotor stilllegen und dann die dynamisch 
influenzierte Ladung/Spannung verarbeiten.
Andere haben mir bereits geraten, für eine Wechselfeldmessung eine 
andere Mechanik/Schaltung zu bauen, da eine Wechselfeldmessung auf diese 
Art zwar prinzipiell funktionieren würde, aber keine brauchbaren Werte 
liefern wird.

Würdest Du dem zustimmen?
Für die Wechselfeldmessung würde ich aus diesem Grunde später eine 
Antenne/Spule mit Bandpass und Verstärkerschaltung entwerfen.

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das 50 Hz Wechselfeld wird man mit stehender Feldmühle auch schon 
empfangen können. Etwas Problematisch ist dass die Amplitude von der 
Position des Rotors abhängt. D.h. man müssten den Rotor so festsetzen 
dass gerade eine der Platten abgedeckt ist, nicht irgendwie zu fällig 
anhalten.

Bei laufendem Motor erzeugen die 50 Hz auch ein Signal, und ggf. auch 
mehr als einem Lieb ist - die Unterdrücken durch den 
Instumentenverstärker ist alles andere als gut. Die Schätzung oben war 
schon recht optimistisch, bzw. gilt nur für die mittlere Stellung des 
Rotors. Es bleiben die 50 Hz multiplikativ gemischt mit der Modulation 
durch den Rotor. d.h. wenn der Rotor etwa eine Modulation mit 30 Hz 
verursacht, hat man Signal bei 20 Hz und 80 Hz und ein kleine bisschen 
Rest bei 50 Hz.

Um die 50 Hz zu empfangen müsste dann die Auswertung ggf. etwas anders 
laufen (anderer Filter, Gleichrichter). Wo geht das Signal hin ?

Man kann ggf. einen Synchronen Gleichrichter mit einer normalen 
Gleichrichtung kombinieren. Wenn man beim Synchronen Gleichrichter das 
Signal selber als Referenz (praktisch ohne Hysterese) wählt bekommt man 
eine normale Gleichrichtung (z.B. um die 50 Hz zu empfangen).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Wo geht das Signal hin ?

Das Ausgangssignal der Feldmühle geht zu einem hochohmigen digitalen 
Spannungsanzeigegerät.

Die Bestimmung des Wechselfeldes ist ein Zusatz. Deine Vorschläge 
übersteigen den Aufwand, da ich ggf. noch einen Synchrongleichrichter 
entwerfen muss, falls die Genauigkeit des ungesteuerten 
Vollweg-Präzisionsgleichrichter nicht ausreichend ist.

Was kannst Du mir für die Wechselfeldmessung mit einer Antenne/Spule 
bezüglich Filterung und Verstärkung empfehlen?


Gruß
Rolf

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Rotor mit den 50Hz synchronisieren und weg sind sie.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Leute.

Wenn man die Feldmühle ohne Verstärkerschaltung in einem homogenen 
Plattenkondensator-Feld betreibt, kann man irgendein Signal erkennen?
Im FFT-Modus vielleicht die Frequenz des Rotors?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ohne Verstärkerschaltung hängt es sehr davon ab womit man misst. Mit 
einem 50 Ohm Eingang etwa vom Sprektrumanalysator oder schnellen 
Oszilloskop wird man eher nicht viel sehen. Bei einer 10 M Probe vom 
Oszilloskop wird man schon das Signal so ähnlich sehen wie später im 
Betrieb. In der FFT also 50 Hz als Störung von außen und dann die 
Modulation vom Rotor (Zahl der Flügel mal Drehzahl). Auch die 
Mischfrequenzen von 50 Hz +- Rotorfrequenz sollte man sehen.

Der Synchrongleichrichter ist nicht so viel Aufwändiger als eine 
normaler Präzisionsgleichrichter. Man kann die 2 ggf. auch kombinieren: 
eine Version des Präzisionsgleichrichters ist es mit einem Komparator 
das Vorzeichen der Spannung zu bestimmen und dann je nach Vorzeichen 
eine Verstärkung von +1 oder -1 zu wählen. Das kommt dem 
Synchrongleichrichter schon sehr nahe: der einzige Unterschied ist, dass 
der Komparator nicht das Signal selber, sondern eine externe Referenz 
(bei der Feldmühle meist eine Lichtschranke) bekommt. Es lässt sich also 
ggf. relativ leicht zwischen den beiden Arten Gleichrichter umschalten.

Als Filter für die 50 Hz Messung würde sich eine aktives 50 Hz 
Bandpass-Filter mit 1 OP anbieten. Dahinter dann halt auf den 
Präzisionsgleichrichter.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Lurchi.
Mit der 1MOhm-Messprobe und einem Oszilloskop hat es richtig gut 
geklappt. :-)

Kleine Bitte:
Könntest Du mir Deine Email geben. Ich habe eine Zeichnung über die 
Beschaltung des Instrumentationsverstärkers und will sicher gehen, dass 
ich nicht direkt am Anfang schon alles zerschieße. Es geht um den 
Masseanschluss für die Messwiderstände.


Danke für Deine bisherige Unterstützung
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin.

Das Signal (eines einzigen Messplattenpaares) meiner Feldmühle ist ohne 
den Verstärker und als Messwiderstand eine 1MOhm-Oszi-Probe sinusförmig, 
wobei der Sinus sehr spitz ist.
Wieso sollte der Verlauf nach den gängigen Aufbauten aus dem Netz 
rechteckförmig sein?

Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie das Signal aussieht, hängt vom RC Verhältnis ab. Mit der 
Kabelkapazität liegt man eher im Bereich vom großen RC und erhält ein 
eher dreieckiges Signal. Mit Verstärker direkt am Sensor hat man eine 
deutlich kleinere Kapazität bekommt man ein eher Rechteckiges Signal.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Lurchi.

Ich habe den 1MOhm-Messwiderstand, den ich vorher hatte, weggelassen, da 
er durch die Parallelschaltung mit dem 1MOhm-Tastkopf des Oszilloskops 
den gesamten Widerstand auf 500kOhm reduziert hätte.
So hing der 1MOhm-Tastkopf direkt an einem Sektorpaar (also an der 
Leitung zu einem einzelnen Sektorpaar). Die Masse des Tastkopfes hatte 
ich nicht angeschlossen. Die beiden Leitungen der Sektorpaare habe ich 
zusammen verdrillt.
Spricht der eher spitze Sinus für eine geringe Zeitkonstante?


Eine andere Frage noch:
Ich werde morgen einen AD620 Instrumentationsverstärker anschließen (mit 
zwei 9V-Batterie als symmetrische Spannungsversorgung). Ich würde die 
beiden Messwiderstände von 1MOhm an die Eingänge des AD620 und an das 
gemeinsame Bezugspotential der symmetrischen Spannungsversorgung des 
AD620 anschließen.

Meiner Meinung nach müsste ich dieses gemeinsame Bezugspotential der 
symmetrischen Spannungsversorgung aber noch zusätzlich erden für die 
Influenzladung, die durch die Messwiderstände fließt.
Sehe ich das richtig?


Gruß und Dank
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Lurchi,

es hat heute mit dem AD620 (nur den verwendet) gut funktioniert.
Zwei Fragen hätte ich noch dazu:

1. Die Gegentaktsignale der Feldmühle sahen aus wie die Summe aus der 
Lade- und Entladekurve eines Kondensators. Der 
Instrumentationsverstärker AD620 hat daraus ein relativ abgerundetes 
Rechtecksignal gemacht. Er verstärkt die Differenzspannung, klar soweit, 
aber wieso wird ein Rechtecksignal am Ausgang daraus?

2. Ohne Eingangssignale, also nur bei symmetrischer 
9V-Batterieversorgung ist der Ausgang des AD620 nicht null, sondern 
-1.08V. Warum ist das so? Ist das ein Offset, der durch die Referenz 
gesetzt wird? Den REF-Anschluss habe ich nicht beschaltet.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Den REF-Anschluss habe ich nicht beschaltet.

Genau über den Ref-Anschluss legst du aber den Nullpunkt des Ausgangs 
fest. Den darfst du nicht offen lassen.

Rolf schrieb:
> Ohne Eingangssignale, also nur bei symmetrischer
> 9V-Batterieversorgung ist der Ausgang des AD620 nicht null, sondern
> -1.08V. Warum ist das so?

Die Eingänge des AD620 waren also offen? Dann darf der Ausgang machen, 
wozu er grade Lust hat. Nur mit festgelegten Eingangsspannungen ist 
klar, was der Ausgang macht.

Rolf schrieb:
> Die Gegentaktsignale der Feldmühle sahen aus wie die Summe aus der
> Lade- und Entladekurve eines Kondensators. Der
> Instrumentationsverstärker AD620 hat daraus ein relativ abgerundetes
> Rechtecksignal gemacht. Er verstärkt die Differenzspannung, klar soweit,
> aber wieso wird ein Rechtecksignal am Ausgang daraus?

Vielleicht könntest du mal Screenshots deines Oszis zeigen, das wäre 
klarer ls deine Beschreibung der Kurvenform.

Hast du bei der Messung erst den Oszitastkopf an den Eingang des AD620 
geschalten (und die langsamen Flanken gesehen). Und hast du dann den 
selben Tastkopf an den Ausgang des AD620 umgeklemmt (und die steileren 
Flanken gesehen)?

Dann wäre mein Tip, dass die e-Kurven am Eingang des AD620 zustande 
kamen, weil du deine hochohmige Signalquelle mit dem Tastkopf belastet 
hast. Als du den Tastkopf weggenommen hast (um am Ausgang des AD620 zu 
messen) fiel die Belastung weg und das Signal wurde auch am Eingang des 
AD620 "rechteckiger". (nur dass du es nicht mehr beobachten konntest, 
weil der Tastkopf ja weg war).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Genau über den Ref-Anschluss legst du aber den Nullpunkt des Ausgangs
> fest. Den darfst du nicht offen lassen.

Hallo Achim.
Also müsste ich bei der nächsten Messung den REF-Anschluss des AD620 
direkt leitend durch eine Brücke an das geminsame Bezugspotential der 
symmetrischen 9V-Spannungsversorgung anschließen, auf das sich auch alle 
Eingangssignale und das Ausgangssignal beziehen?


> Hast du bei der Messung erst den Oszitastkopf an den Eingang des AD620
> geschalten (und die langsamen Flanken gesehen). Und hast du dann den
> selben Tastkopf an den Ausgang des AD620 umgeklemmt (und die steileren
> Flanken gesehen)?
>
> Dann wäre mein Tip, dass die e-Kurven am Eingang des AD620 zustande
> kamen, weil du deine hochohmige Signalquelle mit dem Tastkopf belastet
> hast. Als du den Tastkopf weggenommen hast (um am Ausgang des AD620 zu
> messen) fiel die Belastung weg und das Signal wurde auch am Eingang des
> AD620 "rechteckiger". (nur dass du es nicht mehr beobachten konntest,
> weil der Tastkopf ja weg war).

Richtig. Ich verwende 1MOhm-Messwiderstände, die ich jeweils zwischen 
das Bezugspotential der symmetrischen Spannungsversorgung und den beiden 
Eingängen des AD620 schalte. Gleichzeitig schalte ich auf jeden der 
Eingänge des AD620 den Signalausgang der Messplattenpaare meiner 
Feldmühle. Würde ich jetzt mit dem 1MOhm-Tastkopf des Oszilloskops 
messen, würde der gesamte Widerstand auf 500kOhm gesenkt. Das habe ich 
also schon berücksichtigt.

Ich habe also separat gemessen.
Zuerst habe ich die zwei offenen Signalausgänge der Messplattenpaare an 
zwei Tastköpfe gehalten. So kann die Ladung genau durch die 1MOhm der 
Tastköpfe direkt eine Spannung erzeugen. Ich habe zwei Gegentaktsignale 
gemessen. Der Masseanschluss (Pigtail) des Tastkopfes war nicht 
angeschlossen.
Dann habe ich alles wieder beschaltet und jetzt den Ausgang des AD620 
mit einem 1MOhm-Tastkopf gemessen.

Ahhh, jetzt verstehe ich. Dann waren die Auf- und Entladekurven durch 
den direkten Anschluss an den Tastkopf geschuldet. Dadurch habe ich 
nicht den "wirklichen" (rechteckigen) Signalverlauf gesehen.

Kannst Du mir eine Methode nennen, mit der ich die Spannungen, die durch 
die Influenzströme der Messplatten der Feldmühle an 1MOhm-Widerständen 
entstehen, in ihrem Verlauf sehen kann (nur die Spannungen ohne 
gleichzeitigem Anschluss an den AD620).


PS: Screenshots? Gerne, aber ich würde Dir das per Email schicken. Hier 
posten fände ich nicht so gut.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Also müsste ich bei der nächsten Messung den REF-Anschluss des AD620
> direkt leitend durch eine Brücke an das geminsame Bezugspotential der
> symmetrischen 9V-Spannungsversorgung anschließen, auf das sich auch alle
> Eingangssignale und das Ausgangssignal beziehen?

Du musst dort das Potential anschließen, auf das sich das Ausgangssignal 
des Verstärkers beziehen soll. Die Masse deiner bipolaren Versorgung 
wäre tatsächlich naheliegend.

Rolf schrieb:
> Dann waren die Auf- und Entladekurven durch
> den direkten Anschluss an den Tastkopf geschuldet.

ist zumindest meine Vermutung. Dabei zählt übrigens nicht nur das 1MOhm, 
sondern auch die Kapazität deiner Tastköpfe. Wenn du die Gnd-Clips nicht 
angeschlossen hast (übrigens eine schlechte Angewohnheit), dann 
vielleicht nicht die volle Kapazität, die auf dem Tastkopf steht, 
sondern nur die in Serie zu irgendeiner Streukapazität zwischen deiner 
Feldmühle und dem Gnd des Oszis.

Rolf schrieb:
> Kannst Du mir eine Methode nennen, mit der ich die Spannungen, die durch
> die Influenzströme der Messplatten der Feldmühle an 1MOhm-Widerständen
> entstehen, in ihrem Verlauf sehen kann

Wenn die aktuelle Verzerrung tatsächlich durch die Belastung mit den 
Tastköpfen zustande kommt, dann helfen nur höherimpedante Tastköpfe 
(also mehr MOhm, weniger pF). Oder halt eben ein Verstärker wie den 
AD620, den man ja grade auch deswegen benutzt, um die Belastung der 
Quelle gering hält.

Rolf schrieb:
> Screenshots? Gerne, aber ich würde Dir das per Email schicken. Hier
> posten fände ich nicht so gut.

Nein Danke: wenn es dir zu problematisch wäre, aussagekräftige 
Screenshots hier zu posten, dann brauche ich sie nicht so dringend.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Du musst dort das Potential anschließen, auf das sich das Ausgangssignal
> des Verstärkers beziehen soll. Die Masse deiner bipolaren Versorgung
> wäre tatsächlich naheliegend.

Ok, danke. Der Sinn des REF-Anschlusses ist mir noch nicht so eindeutig. 
Warum macht man das so aufwendig. Die Erläuterungen dazu im Datenblatt 
verstehe ich nicht.
Ist der REF-Anschluss dazu da, um bei wesentlich komplizierteren 
Schaltungen, dem AD620 mitzuteilen, auf welches Potential sich der 
Ausgang beziehen soll? Wenn beispielsweise keine gemeinsame Masse in der 
Schaltung genutzt wird?


> ist zumindest meine Vermutung. Dabei zählt übrigens nicht nur das 1MOhm,
> sondern auch die Kapazität deiner Tastköpfe. Wenn du die Gnd-Clips nicht
> angeschlossen hast (übrigens eine schlechte Angewohnheit), dann
> vielleicht nicht die volle Kapazität, die auf dem Tastkopf steht,
> sondern nur die in Serie zu irgendeiner Streukapazität zwischen deiner
> Feldmühle und dem Gnd des Oszis.

Nehmen wir einmal an, es ist der Hauptgrund (werde das überprüfen).
Wieso sind denn dann die durch die Influenzladungen verursachten 
Spannungen an den Messwiderständen rechteckförmig? Die Messplatten unter 
dem Flügelrad bilden doch in der Tat zusammen mit der darunter (unter 
den Messplatten) gelegenen Gegenplatte eine Art Kondensator. Also Auf- 
und Entladunge-Kurven würde ich in der Tat erwarten.

Zum Oszilloskop: Wieso kann man Signale anzeigen lassen, obwohl die 
Masse des Tastkopfes nicht angeschlossen ist? Habe das schon an dem 
1kHz-Rechteckgenerator (zum Tastkopfabgleich) am Oszilloskop 
ausprobiert. Das Oszilloskop zeigt diese Rechteckschwingung auch ohne 
angeschlossene Masse an.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Warum macht man das so aufwendig.

Was ist denn bitte aufwändig daran, den Ref-Pin an Masse anzuschließen? 
Du teilst dem Verstärker mit, auf welches Potential er sein 
Ausgangssignal beziehen soll. Irgendwoher muss der Verstärker ja 
schließlich erfahren, welches Bezugspotential du dir wünschst.

Rolf schrieb:
> Also Auf-
> und Entladunge-Kurven würde ich in der Tat erwarten.

Ich würde bei einer normal gebauten Feldmühle am ehesten etwas 
dreieckförmiges erwarten (weil die Überdeckung der Platten ja nicht 
schlagartig geschieht). Je nach geometrischer Gestatung kann das auch 
trapezähnlich bzw. rechteckig ausschauen. Die Entladung sollte dann dazu 
führen, dass sich das Rechteck/Trapez jeweils zu 0V hin entlädt (wenn 
man die Zeitkonstante zu klein realisiert hat).

Vielleicht ist ja auch deine Beobachtung eines Rechtecks am 
Verstärkerausgang ein Artefakt, und du siehst nur, wie der AD520 einen 
50Hz-Brumm verstärkt und dabei in Sättigung geht - schwer zu beurteilen, 
wenn die genauen Messergebnisse nicht für die Öffentlichkeit zugänglich 
sind.

Rolf schrieb:
> Wieso kann man Signale anzeigen lassen, obwohl die
> Masse des Tastkopfes nicht angeschlossen ist?

Wenn es eine andere Verbindung der Massen von Oszi und Quelle gibt, dann 
geht es im Prinzip auch ohne die Masseclips (nur ist die Messqualität 
dann oft schlecht).

Wenn es keine DC-Verbindung zwischen Oszi-Masse und Quellenmasse gibt, 
dann gibt es zumindest doch immer eine gewisse Streukapazität zwischen 
den beiden. Hohe Frequenzanteile des Signals kann man damit erkennen, 
ein DC-Signal kann man damit nicht untersuchen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Was ist denn bitte aufwändig daran, den Ref-Pin an Masse anzuschließen?
> Du teilst dem Verstärker mit, auf welches Potential er sein
> Ausgangssignal beziehen soll. Irgendwoher muss der Verstärker ja
> schließlich erfahren, welches Bezugspotential du dir wünschst.

Klar. Ich meinte nur in Bezug auf einen normalen OPV wie den TL072, den 
ich auch verwende. Der besitzt keinen REF-Anschluss und für ihn ist 
klar, dass das Bezugspotential die Masse der symmetrischen 
Spannungsversorgung ist, sowohl für Ein- also auch für Ausgangssignale.

Habe jetzt eine Brücke eingefügt zwischen dem REF-Anschluss und dem 
Bezugspotential der symmetrischen Versorgungsspannung. Im Messbereich 
bis 40V DC meines Voltmeters wird jetzt -0.01V angezeigt.
Dieser Rest ist wohl Offsetspannung, oder?
Aber warum ein Minus-Zeichen? Ich messe doch korrekt gegen 
Bezugspotential.


> Ich würde bei einer normal gebauten Feldmühle am ehesten etwas
> dreieckförmiges erwarten (weil die Überdeckung der Platten ja nicht
> schlagartig geschieht). Je nach geometrischer Gestatung kann das auch
> trapezähnlich bzw. rechteckig ausschauen. Die Entladung sollte dann dazu
> führen, dass sich das Rechteck/Trapez jeweils zu 0V hin entlädt (wenn
> man die Zeitkonstante zu klein realisiert hat).

Stimmt. Also bestimmt die Zeitkonstante die Flankensteilheit?


> Vielleicht ist ja auch deine Beobachtung eines Rechtecks am
> Verstärkerausgang ein Artefakt, und du siehst nur, wie der AD520 einen
> 50Hz-Brumm verstärkt und dabei in Sättigung geht - schwer zu beurteilen,
> wenn die genauen Messergebnisse nicht für die Öffentlichkeit zugänglich
> sind.

Zuerst hatte ich ihn in Sättigung und da waren in der Tat saubere 
Rechtecke, weil ich den Gain-Widerstand zu hoch angesetzt hatte. Habe 
den dann für eine Verstärkung von 50,4 ersetzt.
50Hz-Netzbrummen sollen aber doch gerade durch die hohe 
Gleichtaktunterdrückung gefiltert werden.


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die 50 Hz Unterdrückung durch den INA ist nicht wirklich hoch. Das 
externe Wechselfeld wird wie ein Gleichfeld mit moduliert. D.h. man 
bekommt die 50 Hz +- Modulaktionsfrequenz. Nur die 50 Hz selber (ohne 
Modulation) sollten eher schwach ausgeprägt sein - sofern da keine 
Einkopplung auf anderen Wegen passiert.

Eine Rauschfilterung, so wie im Titel nachgefragt macht der INA nämlich 
nicht. Die Hauptsächliche Filterung bei der Feldmühle macht das Tiefpass 
Filter hinter dem Synchrongleichrichter.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Die 50 Hz Unterdrückung durch den INA ist nicht wirklich hoch. Das
> externe Wechselfeld wird wie ein Gleichfeld mit moduliert. D.h. man
> bekommt die 50 Hz +- Modulaktionsfrequenz. Nur die 50 Hz selber (ohne
> Modulation) sollten eher schwach ausgeprägt sein - sofern da keine
> Einkopplung auf anderen Wegen passiert.

Hallo Lurchi.

Danke. Ok, warum sehe ich die Modulation der 50Hz nur in der FFT nicht 
im Signalverlauf? Muss ich dazu die Drehzahl sehr hoch setzen, sodass 
ich sie in der Hüllkurve des Rechtecksignals erkennen kann.


Ich hatte weiter oben eine Abweichung der Rohsignale der Messwiderstände 
von der Rechteckform am Ausgang des AD620 aufgezeigt.
Würdest Du dem zustimmen, dass man die Signale kapazitiv belastet, wenn 
man sie direkt an die Tastköpfe des Oszilloskops anschließt? Und daher 
dieser Sinus- bzw. exponentielle Verlauf?

Welche Messmethode würdest Du mir empfehlen, um die Rohsignale an den 
Messwiderständen darzustellen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Tastkopf mit 1 M Eingangswiderstand hat normalerweise auch eine 
deutliche Kapazität. Irgend was im Bereich 100-200 pF wären das keine 
Überraschung. Das gibt mit 1 MOhm eine Zeitkonstante im 100-200 µs 
Bereich. Das dürfte ausreichen, um die Signalform schon etwas zu 
verfälschen, bei hoher Drehzahl bis hin zum Dreieck.

Weniger stören würde man das Signal mit einer kleineren Kapazität, also 
etwa einem 1:10 Tastkopf und dann trotzdem noch 1 M nach Masse. Auch 
einfach ein 100 K Widerstand nach Masse würde wieder die Rechteckform 
herstellen, das Signal aber auch 1/10 reduzieren. Der Verstärker der 
später in der Feldmühle genutzt wird sollte auch einen kleine 
Eingangskapazität haben. Da darf dann der Widerstand ggf. auch größer 
als 1 M werden.

Ob man die 50 Hz direkt sieht hängt von der Stärke des 50 Hz Feldes im 
Vergleich zum DC Feld ab. Bei viel 50 Hz Feld und wenig DC sollte man 
auch direkt die 50 Hz sehen. Die Drehzahl des Flügels hat nur einen 
Einfluss auf die Form des Signals: bei sehr langsamer Drehzahl halt 50 
Hz mit Amplitudenmodulation bis zur Vorzeichenumkehr. Bei einer Drehzahl 
im 1500 U/min Bereich hat man auch eine niederfrequenten Anteil zusammen 
mit 100 Hz.
Die wirkliche Hüllkurve beim Rechteck würde man erst bei wirklich hoher 
Drehzahl sehen. Oft hat man vergleichbare Frequenzen und entsprechend 
eine mehr komisch aussehende Wellenform.

Um das wirklich zu sehen müsste man ggf. mal eine Elektrode über die 
Feldmühle legen und dort 50 Hz (z.B. 12 VAC ) anlegen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klasse, danke für den zusätzlichen Hinweis mit dem Kondensator am 
Eingang.

Eine Sache noch zu dem REF-Anschluss des AD620:
Habe jetzt eine Brücke eingefügt zwischen dem REF-Anschluss und dem
Bezugspotential der symmetrischen 9V-Versorgungsspannung. Im Messbereich
bis 40V DC meines Voltmeters wird jetzt -0.01V angezeigt.
Dieser Rest ist wohl Ausgangs-Offsetspannung, oder?

Aber warum ein Minus-Zeichen? Ich messe doch korrekt gegen
Bezugspotential. "Schwarz" des Voltmeters auf Plus-Miuns-Anschluss der 
symmetrischen Versorgungsspannung, "rot" an den Ausgang des AD620. Die 
Eingänge des AD620 sind dabei unbelastet und nur durch die 
1MOhm-Messwiderstände mit dem Bezugspotential der symmetrischen 
Versorgungsspannung verbunden.


Als Gleichrichter verwende ich, wie schon besprochen, einen 
Vollweg-Präzisionsgleichrichter mit zwei Dioden. Als Dioden verwende ich 
BAT48 Shottky-Dioden. Die Schwellenspannung ist gering bei diesen 
Dioden. Was würdest Du mir für Dioden empfehlen?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Ich meinte nur in Bezug auf einen normalen OPV wie den TL072, den
> ich auch verwende. Der besitzt keinen REF-Anschluss und für ihn ist
> klar,

In den meisten Schaltungen besitzt auch jeder normale OPV einen 
Ref-Anschluss. Der "Ref-Anschluss des TL072" ist z.B. bei einer 
nichtinvertierenden Verstärkerschaltung das Ende eines Widerstands (der 
Widerstand, mit dem man die Rückkopplung runterteilt). Ohne den wüsste 
der normale OPV auch nicht, mit Bezug auf was er verstärken soll.

Und weil beim AD620 die Widerstände schon fertig mit eingebaut sind, 
muss man halt die Masse ans IC legen.

Rolf schrieb:
> Im Messbereich
> bis 40V DC meines Voltmeters wird jetzt -0.01V angezeigt.
> Dieser Rest ist wohl Offsetspannung, oder?

(Offsetspannung mal Verstärkung) plus (Eingangsstrom mal Quellwiderstand 
mal Verstärkung) plus (Messfehler vom Voltmeter).

Rolf schrieb:
> Aber warum ein Minus-Zeichen?

Warum nicht? Wer sagt, dass die Fehlergrößen alle positiv sein müssen?

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi.

Eine für Dich wahrscheinlich sehr simple Frage, aber:

kann ich mit einer aus zwei 9V-Blockbatterien symmetrisch aufgebauten 
Spannungsversorgung mehrere Operationsverstärker gleichzeitig speisen, 
indem ich sie parallel an die symmetrische Versorgung schalte?

Der AD620 soll gleichzeitig mit 2 weiteren Operationsverstärkern des 
Präzisionsgleichrichters und einem OPV als Integrierer aus der 
symmetrischen Batteriespannungsversorgung gespeist werden.


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Natürlich kann man weitere OPs aus den +-9 V speisen. Allerdings hat man 
bei +-9 V in der Regel schon eine recht hohe Leistung für den 
Batteriebetrieb. Man sollte also wenigstens sparsame OPs wählen.

Normal würde man so eine Schaltung eher für eine 4-6 V Versorgung oder 
vielleicht noch 1 mal 9 V auslegen. Das liegt auch daran, das die 
günstigen CMOS Schalter (z.B. 4066) für eine Synchrongleichrichtung eher 
12 V oder weniger mögen. Der Motor dürfte aber ggf. sowieso ein 
wesentlicher Teil des Stromverbrauchs sein.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alles klar, danke.

Ein paar Kleinigkeiten noch zum Gleichrichten.
Also ich will erst einmal, wie schon besprochen, einen (ungesteuerten) 
Vollweg-Präzisionsgleichrichter mit zwei OPV und zwei Dioden 
ausprobieren.

1. Auf dem TL072 sind zwei OPVs integriert. Würdest Du die beide 
zusammen nutzen oder zwei TL072 separat zusammenschalten, wobei der 
jeweils unbenutzte OPV als Spannungsfolger mit dem nichtinvertierenden 
Eingang auf Masse (so sollte man bekanntlich die unbenutzten OPVs 
verschalten) gelegt wird?

2. Ich verwende für die Gleichrichtung zwei Shottky-Dioden (BAT48). Sind 
die geeignet für diesen Anwendungsfall?

3. Würdest Du für die Glättung nach dem Gleichrichter eher einen 
Integrierer (Tiefpass) aus OPV und Kondensator verwenden oder den 
Tiefpass aus Widerstand und Kondensator zusammensetzen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Natürlich kann man beide Hälften des TL072 nutzen. Der TL072 braucht 
auch recht viel Strom - die sparsamere (langsamer und mehr Rauschen) 
Version TL062 sollte auch ausreichen.

Bei Batteriebetrieb sollte man unbenutzte OPs gar nicht erst einbauen. 
Bei sehr sparsamen Typen wie etwa TS27L2 oder MCP6044 könnte man das 
ggf. gerade noch machen, aber nicht bei einen Stromfresser wie dem 
TL072. Was man sonst mit einem überzähligen OP macht, hängt auch vom 
Type ab. Der Impedanzwandler für Masse ist eine Möglichkeit.

Die BAT48 sollten als Dioden gehen, es sollten aber auch einfache 1N4148 
ausreichen.

Beim Filter hinter dem Gleichrichter wäre die aktive Version mit OP ggf. 
schon etwas besser, aber der einfache RC Filter sollte auch ausreichen. 
Die meisten LCD Voltmeter mitteln sowieso, wirken also auch schon als 
Filter.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi.

Die Signalform des influenzierten Stromes ist mir noch nicht so 
einleuchtend.
In folgendem Link wird der Strom, hervorgerufen durch die influenzierte 
Ladung, durch Anwendung des Gauß'schen Gesetzes berechnet:
https://ap.physik.uni-konstanz.de/PP/PP2013/Berich...

Die Rechnung ist gut verständlich und nachvollziehbar und ergibt in der 
Tat einen rechteckförmigen Stromverlauf, dessen Form sich auch im 
Experiment bestätigt.
Aber den Gauß'schen Satz mittels der "Gauß'schen Schachtel" anzuwenden, 
gilt strenggenommen nur bei unendlich ausgedehnten (Mess-)Platten.

Wo schlägt sich dieser "Fehler" bzw. die Endlichkeit der Messplatten 
nieder?
Wie kann man die Endlichkeit in der Rechnung berücksichtigen?

Wäre ein Modell dieser Kondensatoranordnung aus Messplatte und 
Gegenplatte ein Kondensator, dessen Kapazität ständig (durch die größer 
werdende nicht abgedeckte Fläche) vergrößert wird, wobei die Spannung 
gleichbleibt, da sich der Plattenabstand im elektrostatischen Feld nicht 
ändert?

Eigentlich müsste der Strom aber dann dreieckig verlaufen.
Das ist mir nicht so ganz klar.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi,

der Gleichrichter funktioniert nicht richtig. Muss zwischen dem Ausgang 
des AD620 und dem Eingang des Gleichrichters (invertierender Verstärker) 
noch ein Impedanzwandler?

Ich würde sagen nein, weil der Ausgang des AD620 niederohmig ist.


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ausgang des AD620 ist niederohmig genug. Der normale ungesteuerte 
Gleichrichter ist aber sowieso mehr eine Notlösung, etwa um die 50 Hz zu 
sehen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.
Der Gelichrichter funktioniert jetzt. Hatte den nichtinvertierenden 
Eingang nicht auf Masse.

Ich habe eine Oszilloskop-Aufnahme gepostet. Warum sind die Rechtecke 
abwechselnd kleiner?
Würde ein Offsetabgleich jeder einzelnen Stufe noch etwas bringen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Unterschiedlich Höhe ist ein Offset. Neben der Offsetspannung der 
Verstärker kommt da noch ein Teil vom Bias Strom mal Widerstand am 
Eingang. Man muss nicht jede Stufe einzeln abgleichen. Wenn man die 
Verstärkung nicht umschaltet reicht auch ein Abgleich - aber besser 
nicht über den Nullpunktabgleich an einem BJT basierten OP, der ist nur 
für den Offset des OPs.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank.

Zum Integrierer bzw. Tiefpass mit OPV:

Welche Größe sollte der Kondensator haben?

Ich habe einen Keramikkondensator mit der Bezeichnung 105. Würde der 
sich eignen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei der Tiefpassfilterung kommt es sehr auf das Anzeigeinstrument an. 
Die 50 Hz und so wie es aussieht eine etwa 80 Hz Modulation sollte man 
wenigstens überbrücken. D.h. eine Zeitkonstante im Bereich 10 ms -100 ms 
wäre vermutlich passend für eine direkte Anzeige. Die Anzeige sorgt ggf. 
für zusätzliche Filterung.

Die 105 auf dem Kondensator stehen für 10 mal 10 hoch 5 pf, also 1 µF. 
Das wäre schon eine brauchbare Größe mit einem 10 K bis 100 K 
Widerstand. Die Keramischen dieser Größe sind zwar etwas piezoelektrisch 
- das dürfte aber hier nicht so schlimm sein.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi,

ich verwende einen 100K Widerstand zusammen mit OPV und 
Keramikkondensator als Integrierer verschaltet.
Er glättet aber überhaupt nichts. Es erscheint nur ein breiter Sinus. 
Ich habe auch 10K ausprobiert. Keine große Änderung.

Woran könnte es liegen?


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sollte die Zeitkonstante nicht sogar 0,5 Sekunden betragen?


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, stimmt. Es ergibt sich eine Zeitkonstante von 0,1 Sekunden. Seltsam, 
warum gibt er dann nur einen Sinus heraus?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> ich verwende einen 100K Widerstand zusammen mit OPV und
> Keramikkondensator als Integrierer verschaltet.

Kannst du mal die tatsächliche Schaltung zeigen?

Wenn es wirklich ein reiner Integrierer sein sollte, dann muss der (mit 
dem gleichgerichteten Signal am Eingang) mit dem Ausgang gegen die 
positive Versorgungsspannung laufen. Eine Gleichspannung aufintegriert 
geht gegen unendlich, aber so weit kommt der OPV-Ausgang nicht sondern 
hält kurz vor der Versorgungsspannung an. Dann siehst du evtl. den 
Ripple der positiven Versorgung als "Sinus" durchschlagen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Achim.
Als Integrierer verwende ich exakt diese Schaltung hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A...

Also Operationsverstärker kommt ein TL072 zum Einsatz, der Widerstand 
beträgt 100 kOhm. Gespeist wird der Integrierer mit dem gelben 
Betragssignal des AD620-Ausgangs im obigen Screenshot.

Kann der Integrierer eine "gerade" Gleichspannungslinie erzeugen oder 
wird es bei Rechteckspeisung eine Dreiecksspannung?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Kann der Integrierer eine "gerade" Gleichspannungslinie erzeugen oder
> wird es bei Rechteckspeisung eine Dreiecksspannung?

Weder noch. Da dein Eingang einen Gleichanteil hat (wie sollte es hinter 
einem Gleichrichter auch ander sein) wird der Integrierer diesen 
Gleichanteil aufintegrieren und mit seinem Ausgang gegen die obere 
Versorgung laufen. Steht sinngemäß auch so in dem Wiki-Artikel, dessen 
Schaltbild du verlinkt hast.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, danke.

Wie bekomme ich den Gleichanteil des Ausgangssignales des AD620 
herausgefiltert?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Wie bekomme ich den Gleichanteil des Ausgangssignales des AD620
> herausgefiltert?

Was meinst du mit herausgefiltert? Dass der Gleichanteil verschwindet? 
Das wäre schlecht, denn der Gleichanteil ist grade das Signal, das dich 
interessiert.

Oder meinst du mit herausgefiltert, dass nur der Gleichanteil übrig 
bleibt? Das erreichst du mit einem entsprechend dimensionierten Tiefpass 
(aber nicht mit deinem Integrator).

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
und um Missverständnisse zu vermeiden: mit "Gleichanteil" meine ich den 
Mittelwert des gleichgerichteten Signals (nicht den Offset des AD620).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.
Ich meinte natürlich den Gleichanteil, der im Ausgangssignal des AD620 
enthalten ist. Dieser interessiert.

Warum verwenden dann einige Feldmühlen einen Integrator, entweder 
nachgeschaltet am gesteuerten oder ungesteuerten Gleichrichterausgang?

Mir ist auch der Unterschied zwischen passivem Tiefpass und Integrierer 
nicht klar.


Gru
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Ich meinte natürlich den Gleichanteil, der im Ausgangssignal des AD620
> enthalten ist. Dieser interessiert.

Nein: Am Ausgang des AD620 interessiert nur das Rechteck (also der 
Wechelspannungsanteil einer bestimmten Frequenz und Phasenlage). Der 
Gleichanteil an dieser Stelle ist ein Dreckeffekt. Aber hinter dem 
Gleichrichter wird aus dem (Wechselspannungs-)Rechteck dann ein 
pulsierendes Gleichsignal, dessen Gleichanteil interessiert.

Rolf schrieb:
> Warum verwenden dann einige Feldmühlen einen Integrator, entweder
> nachgeschaltet am gesteuerten oder ungesteuerten Gleichrichterausgang?

Zeig mal ein konkretes Beispiel. Dann lässt sich auch konkret sagen, 
warum etwas funktioniert (oder nicht funktioniert). Wenn du nur auf das 
Schlagwort "Integrierer" reagierst fällt dir evtl. gar nicht auf, dass 
damit etwas anderes gemeint ist als mit der Schaltung, die du aufgebaut 
hast.

Rolf schrieb:
> Mir ist auch der Unterschied zwischen passivem Tiefpass und Integrierer
> nicht klar.

Egal ob passiver Tiefpass oder aktiver Tiefpass oder Integrierer: du 
solltest imho erst kapieren, was so grundlegende Schaltungen bedeuten 
und wie sie funktionieren, ehe du sie fröhlich verbaust.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Nein: Am Ausgang des AD620 interessiert nur das Rechteck (also der
> Wechelspannungsanteil einer bestimmten Frequenz und Phasenlage). Der
> Gleichanteil an dieser Stelle ist ein Dreckeffekt. Aber hinter dem
> Gleichrichter wird aus dem (Wechselspannungs-)Rechteck dann ein
> pulsierendes Gleichsignal, dessen Gleichanteil interessiert.

Sorry, sorry. Habe mich total verschrieben. Ganz klar, ich meinte 
natürlich den Gleichanteil der im Ausgangssignal des Gleichrichters (in 
meinem Fall ein ungesteuerter Vollweg-Präzisionsgleichrichter) enthalten 
ist.


> Zeig mal ein konkretes Beispiel. Dann lässt sich auch konkret sagen,
> warum etwas funktioniert (oder nicht funktioniert). Wenn du nur auf das
> Schlagwort "Integrierer" reagierst fällt dir evtl. gar nicht auf, dass
> damit etwas anderes gemeint ist als mit der Schaltung, die du aufgebaut
> hast.

Dieses Projekt (arbeiten auch mit ungesteuertem Gleichrichter):
https://ap.physik.uni-konstanz.de/PP/PP2013/Berich...


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Dieses Projekt (arbeiten auch mit ungesteuertem Gleichrichter):

Ja. Aber das, was die mit "Integrierer" bezeichnen ist etwas anderes als 
das, was du aufgebaut hast. Schau dir einfach nur mal deren Schaltung 
an.

Deswegen reicht es eben nicht, nur auf das Stichwort zu achten, sondern 
man muss wissen (oder rausfinden), was konkret damit gemeint ist. 
Deswegen habe ich vor zwei Stunden auch nachgefragt, wie dein 
Integrierer konkret aussieht.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Ja. Aber das, was die mit "Integrierer" bezeichnen ist etwas anderes als
> das, was du aufgebaut hast. Schau dir einfach nur mal deren Schaltung
> an.
>
> Deswegen reicht es eben nicht, nur auf das Stichwort zu achten, sondern
> man muss wissen (oder rausfinden), was konkret damit gemeint ist.
> Deswegen habe ich vor zwei Stunden auch nachgefragt, wie dein
> Integrierer konkret aussieht.

Danke, sehr wichtig. Das ist mir auch schon ein Paar mal so ergangen. 
Man kann in vielen Schaltungen die einzelnen Komponenten nicht immer 
auch in ihrer Funktion isoliert btrachten. Viele Funktionen, die sie 
alleine nicht besitzen, bekommen sie erst im Zusammenspiel mit den 
übrigen Komponenten.

Das heißt, in Verbindung mit dem nachgeschalteten Teil (schaltbarer 
Verstärker) ergibt sich eine Gleichanteil-Gewinnung?
An der Schaltung ist mir aber nicht klar, wie sie verhindern, dass der 
Integrierer bis zu seiner Versorgungsspannung aufsummiert. Was Du ja 
auch weiter oben angesprochen hast.


Zu meiner Schaltung:

Ich habe jetzt an den Ausgang des Vollweg-Präzisionsgleichrichters 
einfach einen Integrierer angeschlossen. Der Integrierer hat die Form 
wie oben verlinkt mit nur einem Widerstand von 100 KOhm und der 
Keramikkondensator besitzt eine Kapazität von 1µF.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie könnte ich den Mittelwert/Gleichanteil des Ausgangssignals des 
Gleichrichters relativ gut gewinnen? Wäre ein passiver Tiefpass in 
diesem Falle besser geeignet?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Der Integrierer hat die Form
> wie oben verlinkt mit nur einem Widerstand von 100 KOhm und der
> Keramikkondensator besitzt eine Kapazität von 1µF.

"wie oben verlinkt" schön gesagt:
meinst du wie hier verlinkt
Rolf schrieb:
> Als Integrierer verwende ich exakt diese Schaltung hier:
> 
https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A...

oder wie hier verlinkt:

Rolf schrieb:
> Dieses Projekt (arbeiten auch mit ungesteuertem Gleichrichter):
> https://ap.physik.uni-konstanz.de/PP/PP2013/Berich...

Wenn du bei der Diskussion ständige Missverständnisse vermeiden willst: 
zeichne doch einfach mal eine Schaltskizze, dann muss man nicht immer 
nachfragen, was tatsächlich gemeint ist. Außerdem muss man sich dann die 
konkreten Bauteilwerte nicht in zig Beiträgen zusammensuchen, sondern 
sieht alles auf einen Blick. Und man kann den Bauteilen Namen geben und 
weiß dann sofort, wovon im Text die Rede ist. Siehe z.B. die angehängte 
Skizze.

Rolf schrieb:
> An der Schaltung ist mir aber nicht klar, wie sie verhindern, dass der
> Integrierer bis zu seiner Versorgungsspannung aufsummiert.

Für die Gleichspannungsverstärkung kannst du dir einfach den Kondensator 
wegdenken. (Weil ein Kondensator für beliebig kleine Frequenzen einen 
beliebig großen Widerstand darstellt). Wenn du dir bei Schaltung A den 
Kondensator wegdenkst, bleibt ein Komparator übrig. Die Eingangsspannung 
wird "unendlich" verstärkt. Na ja, eigentlich nur mit der 
Differenzverstärkung des OpAmp, aber das ist so gut wie unendlich. Das 
Ausgangsignal müsste also unendlich groß werden, tatsächlich schlägt es 
an der Versorgung an.

Wenn du dir in Schaltung B den Kondensator wegdenkst, dann bleibt ein 
simpler Inverter übrig: die Verstärkung ist -1, es gibt keinen Grund, 
warum die Ausgangsspannung bis zur Versorgung hochlaufen soll.

Bei richtig hohen Frequenzen ist der Blindwiderstand des Kondensators 
viel kleiner als 100kOhm. Dann kannst du dir in Schaltung B den 
Widerstand R3 wegdenken (weil bei der Parallelschaltung der Kondensator 
mit dem viel kleineren Widerstand den Stromfluss übernimmt). Für richtig 
hohe Frequenzen verhalten sich Schaltung A und B also gleich.

Die Grenze zwischen beiden unterschiedlichen Verhalten ist grade die 
Grenzfrequenz des Verstärkers: da ist der Blindwiderstand des 
Kondensators grade genau so groß ist wie der Wirkwiderstand von R3, 
beide wirken sich gleich stark auf das Verstärkerverhalten aus.

Rolf schrieb:
> Wie könnte ich den Mittelwert/Gleichanteil des Ausgangssignals des
> Gleichrichters relativ gut gewinnen?

z.B. mit Schaltung B

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für Deine Mühe, Achim.

Gibt es auch eine Schaltung wie B, die nichtinvertierend ist, bei der 
also der Gleichrichtwert positiv und qualitativ gut ist?

Die Sache mit der Dimensionierung: Ich entscheide mich für Schaltung B. 
Wie bemesse ich die Größe der Widerstände und des Kondensators richtig?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Wie bemesse ich die Größe der Widerstände und des Kondensators richtig?

Das Widerstandsverhältnis wählst du so, dass die passende Verstärkung 
des Gleichanteils rauskommt. Wenn Faktor 1 für dich ok ist (weil der 
AD620 schon die wesentliche Verstärkung macht), dann eben beide 
Widerstände gleich groß.

Bezüglich des Absolutwerts der Widerstände achtest du darauf, dass sie
- nicht zu klein sind (nicht wesentlich kleiner als 1k, um die 
Verstärker nicht zu sehr zu belasten)
- nicht zu groß sind (nicht ohne Not wesentlich größer als ~500k, damit 
irgendwelche Schmutzeinflüsse sich nicht zu stark bemerkbar machen)

Den Kondensator wählst du so, dass die passende Grenzfrequenz rauskommt. 
Die hängt davon ab, wie stark du die Welligkeit unterdrücken willst und 
wie lange du auf das Einschwingen des Signals warten willst.

Bei diesem einfachen Tiefpass erster Ordnung fällt die Verstärkung 
oberhalb der Grenzfrequenz mit 20dB/Dekade ab. (d.h. wenn die Frequenz 
einen Faktor 10 größer wird, wird die Verstärkung einen Faktor 10 
kleiner).

Wenn du willst, dass die Welligkeit deines Signals einen Faktor 100 
weniger verstärkt wird als der Gleichanteil, muss die Grenzfrequenz des 
Verstärkers also einen Faktor 100 kleiner sein als die Grundfrequenz des 
gleichgerichteten AC-Signals (d.h. die doppelte Frequenz des Rechtecks).

Aus deiner Wahl der Grenzfrequenz ergibt sich C, weil R ja schon zuvor 
festgelegt wurde. Wenn der resultierende Wert für C zu unhandlich wird, 
dann gehst du noch mal an den ersten Teil der Dimensionierung und wählst 
die Absolutwerte der Widerstände entsprechend anders.

Rolf schrieb:
> Gibt es auch eine Schaltung wie B, die nichtinvertierend ist, bei der
> also der Gleichrichtwert positiv und qualitativ gut ist?

Mit aktiven Filtern höherer Ordnung ließe sich die Unterdrückung der 
Welligkeit verbessern bzw. die Wartezeit aufs Einschwingen verkürzen. 
Aber das ist ein eigenes Kapitel für später, versuch lieber erst mal die 
Grundschaltungen richtig zu verstehen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Den Kondensator wählst du so, dass die passende Grenzfrequenz rauskommt.
> Die hängt davon ab, wie stark du die Welligkeit unterdrücken willst und
> wie lange du auf das Einschwingen des Signals warten willst.

Klasse Erklärung. Vielen Dank für Deine Unterstützung.

Ich verstehe. Das Signal am Ausgang des Gleichrichters, die 
"hochgeklappten" Rechtecke, sind eine Überlagerung aus dem Gleichanteil 
und einer (unendlichen) Anzahl an "Sinussen" unterschiedlicher Frequenz, 
die Welligkeit quasi, die "auf dem Gleichanteil liegt".
Ich versuche diese zusätzlichen Frequenzen wegzudämpfen, ok.
Klar, der Gleichanteil kann nicht über den Kondensator des Tiefpasses, 
also wird er invertierend verstärkt (oder bei -1 nur invertiert).


Wieso habe ich nur einen Sinus gesehen bzw. auch, glaube ich, irgendwas 
dreieckförmiges als ich nur den Integrierer verwendete?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Wieso habe ich nur einen Sinus gesehen bzw. auch, glaube ich, irgendwas
> dreieckförmiges als ich nur den Integrierer verwendete?

Wie schon geschrieben: vielleicht siehst du den Ripple der Versorgung 
auf dem Ausgangssignal (das an der Versorgung festhängt). Mit welchen 
Quellen hast du die Schaltung versorgt?

Und: wenn du ein Messergebnis erklärt haben willst, dann wäre es 
geschickt, das Messergebnis auch zu zeigen (Screenshot vom Oszi).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Achim.
Es funktioniert nicht mit der Schaltung B.
Man erkennt deutlich, dass er das Eingangssignal (unten) invertiert.
Ist die Grenzfrequenz zu hoch, sodass der Kondensator (33pF) nicht 
wirkt?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Ist die Grenzfrequenz zu hoch, sodass der Kondensator (33pF) nicht
> wirkt?

Kommt darauf an: wie groß ist der Widerstand?

Falls es 100kOhm sein sollten, dann ist die Grenzfrequenz 48kHz. Wenn 
dein gepulstes Signal eine niedrigere Frequenz hat als die 48kHz, dann 
wird davon natürlich nix gefiltert.

Noch ein Hinweis: mach vom dem Oszi möglichst kein Foto sondern einen 
Screenshot ("Ausdrucken" in png-Datei auf USB-Stick). Das sieht nicht 
nur besser aus, sondern man erkennt dann meist auch zusätzlich Info 
(z.B. mit welcher Zeitablenkung du gearbeitet hast, welche Frequenz dein 
Signal hat, ....)

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe jetzt einen 1 myF genommen. Jetzt ist es besser, wobei ein 
gewisser ripple übrig bleibt.
Könnte ich auch in der FFT sehen, welche Frequenzen ich herausfiltern 
bzw. wegdämpfen müsste? Die FFT des gleichgerichteten Signals.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Könnte ich auch in der FFT sehen, welche Frequenzen ich herausfiltern
> bzw. wegdämpfen müsste? Die FFT des gleichgerichteten Signals.

Kannst du machen. Einfacher und naheliegender wäre aber, auf der 
Zeitachse des Oszibildes abzulesen, wie die (Grund)-Frequenz des 
gleichgerichteten Signals ist. Alle Harmonischen davon sind entsprechend 
höherfrequent und werden noch besser weggefiltert.

Wenn du die Grenzfrequenz dieses einfachen Filters immer weiter nach 
unten drehst, wird aber auch die Einstellzeit des Signals immer 
langsamer werden.

Was willst du denn mit dem Ausgangssignal machen, dass es so völlig 
"glatt" werden muss? Mit einem Multimeter messen? Dann kannst du das 
Multimeter die Mittelungsarbeit machen lassen (DC-Messbereich).

Oder mit einem ADC digitalisieren? Dann nimm eine Reihe von 
ADC-Ergebnissen auf und bilde rechnerisch den Mittelwert darüber. Wenn 
du die Messperiode, über die du mittelst, grade gleich lang wählst wie 
die Periode des Ripples, dann fällt der Ripple durch die 
Mittelwertbildung völlig raus.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Achim.

Ich habe die Dauer eines Rechtecks zu 5,8 ms (Periodendauer) abgelesen. 
Die Freuenz ergibt sich daruaus dementsprechend zu 172,4 Hz.
Die Grenzfrequenz ist also 172,4Hz?
Könntest Du mir noch zeigen, wie ich daraus die Größe des Kondensators 
berechnen kann.


Diese Ausgangsspannung soll von einem hochohmigen DC-Anzeigeinstrument 
(Digitalanzeige) aufgenommen werden. Das Anzeigegerät wird über ein 
10Meter Koaxialkabel an die Feldmühle angeschlossen.
Im Grunde genommen will ich mit der Feldmühle das elektrostatische Feld 
eines Hochspannungsmessteilers (DC) vermessen und eine proportionlae 
Spannung im Bereich von 0 bis 10 V durch die Feldmühle erzeugen. Von der 
Feldmühlenausgangsspannung kann ich dann durch einen bestimmten Faktor 
auf die Spannung am Schirm des Teilers schließen.

Momentan will ich mit der Schaltung überprüfen, ob ein ungesteuerter 
Gleichrichter für diese Messung genügend Genauigkeit bietet. 
Standard-Feldmühlen verwenden ja das Lock-In-Prinzip.


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Grenzfrequenz des Filters ist immer ein Kompromiss aus Unterdrückung 
von höherfrequenten Störungen und der zum Einschwingen nötigen Zeit. Zum 
Einschwingen sollte man beim Filter 1. Ordnung etwa 5 Zeitkonstanten 
warten. D.h wenn man eine Wartezeit von 1 Sekunde akzeptiert (viel 
schneller kann man eine Digitalanzeige kaum lesen), darf die 
Zeitkonstante also bis etwa 0.2 s betragen. Das entspricht einer 
Grenzfrequenz von ca. 1 Hz.

Die Grenzfrequenz sollte schon etwas niedriger als die Störfrequenz 
sein. Um eine 10 fache Reduktion zu erhalten, etwa bei 1/10 der 
Frequenz. In diesem Fall hat man da einiges an Spielraum die 
Grenzfrequenz zu wählen. Die meisten Digitalanzeigen mitteln auch schon 
und können kleinere Schwankungen im Signal vertragen.

Wenn die Anzeige hochohmig ist, dürfte das Filter auch Passiv sein.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Lurchi,

also wäre ein Keramikkondensator mit 33 mykroFarad geeignet, um das 
restliche Ripple zu unterdrücken?

Eine andere Sache noch:
Wenn ich die Drehzahl stark erhöhe, dann klappen die Rechtecke am 
Ausgang des Gleichrichters (nicht Tiefpass) nach untern, Zwischen den 
Rechtecken entsteht eine Art Sinus. Ist der Gleichrichter aus einem Opv 
(Einweggleichrichter) und einem nachgeschalteten Addierer irgendwie 
instabil?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Die Freuenz ergibt sich daruaus dementsprechend zu 172,4 Hz.
> Die Grenzfrequenz ist also 172,4Hz?

Nein, das wurde oben schon erklärt und jetzt von Lurchi nochmal.


Rolf schrieb:
> Könntest Du mir noch zeigen, wie ich daraus die Größe des Kondensators
> berechnen kann.

Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Tiefpass und suche dort bei 
"Tiefpass erster Ordnung" nach "die Grenzfrequenz beträgt"

Rolf schrieb:
> Diese Ausgangsspannung soll von einem hochohmigen DC-Anzeigeinstrument
> (Digitalanzeige) aufgenommen werden.

Welches DC Anzeigeinstrument? Wenn es wirklich im DC-Messbereich 
arbeitet, dann kannst du die ganze Filterei ruhig dem Messgerät 
überlassen.

Rolf schrieb:
> Ist der Gleichrichter aus einem Opv
> (Einweggleichrichter) und einem nachgeschalteten Addierer irgendwie
> instabil?

Das ist doch jetzt ein Witz, oder? Du hast noch nicht einen einzigen 
konkreten Schaltplan von dir gezeigt (immer nur irgendwelche "ähnlichen" 
Schnipsel aus anderen Quellen verlinkt), aber du erwartest ein 
Beurteilung, welche Probleme deine Schaltung haben könnte?

Rolf schrieb:
> Das Anzeigegerät wird über ein
> 10Meter Koaxialkabel an die Feldmühle angeschlossen.

Das sind also in der Größenordnung 1nF Lastkapazität am Ausgang deines 
letzten OPVs. Das ist ggf. großer Mist, und aus keinem deiner bisherigen 
Beiträge hatte man drauf kommen können, dass du so eine Sollbruchstelle 
in deiner Schaltung eingebaut hast. Sehr viele OPV nehmen so etwas übel 
und reagieren ggf. mit Schwingen darauf.

Wenn du willst, dass deine Schaltung funktioniert, dann zeig uns halt 
deine Schaltung! (und nicht irgendetwas ähnliches, dass du im Internet 
gefunden hast)

Rolf schrieb:
> Momentan will ich mit der Schaltung überprüfen, ob ein ungesteuerter
> Gleichrichter für diese Messung genügend Genauigkeit bietet.
> Standard-Feldmühlen verwenden ja das Lock-In-Prinzip.

Und wie genau muss es denn werden, damit es "genügend Genauigkeit" 
bietet? Das Lock-in-Prinzip ist aus sehr guten Gründen der Standard für 
diese Art Messungen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Das ist doch jetzt ein Witz, oder? Du hast noch nicht einen einzigen
> konkreten Schaltplan von dir gezeigt (immer nur irgendwelche "ähnlichen"
> Schnipsel aus anderen Quellen verlinkt), aber du erwartest ein
> Beurteilung, welche Probleme deine Schaltung haben könnte?

Sorry Achim, hast natürlich recht. Werde meinen Schaltplan posten.

Ich habe jetzt einen 33 mykroFarad Kondensator verwendet. Jetzt 
erscheint eine relativ saubere Linie. Allerdings ist es ein bipolarer 
Tonfrequenz-Kondensator. Keramikkondesatoren gibt es in der 
Größenordnung nicht.

Ich verstehe die Ausführungen von Lurchi nicht. Ich habe einen 
Gleichanteil und ich habe ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz. Ich 
verstehe nicht, was jetzt die Grenzfrequenz ist. Meiner Meinung nach ist 
es die erste Harmonische im gleichgerichteten Signal.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Ich verstehe die Ausführungen von Lurchi nicht. Ich habe einen
> Gleichanteil und ich habe ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz. Ich
> verstehe nicht, was jetzt die Grenzfrequenz ist. Meiner Meinung nach ist
> es die erste Harmonische im gleichgerichteten Signal.

Nein: die erste Harmonische im Signal ist deine Signalfrequenz. Das 
Verhältnis von Signalfrequenz zur Grenzfrequenz des Filters gibt dir an, 
wie stark deine Signalfrequenz abgeschwächt wird. Nochmal die Erklärung 
von oben:

Achim S. schrieb:
> Bei diesem einfachen Tiefpass erster Ordnung fällt die Verstärkung
> oberhalb der Grenzfrequenz mit 20dB/Dekade ab. (d.h. wenn die Frequenz
> einen Faktor 10 größer wird, wird die Verstärkung einen Faktor 10
> kleiner).
>
> Wenn du willst, dass die Welligkeit deines Signals einen Faktor 100
> weniger verstärkt wird als der Gleichanteil, muss die Grenzfrequenz des
> Verstärkers also einen Faktor 100 kleiner sein als die Grundfrequenz des
> gleichgerichteten AC-Signals (d.h. die doppelte Frequenz des Rechtecks).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.
Im Anhang habe ich den Schaltplan meiner gesamten Schaltung eingefügt.

Ich möchte einen Offsetabgleich meiner gesamten Schaltung durchführen. 
Dazu habe ich die beiden Eingänge des AD620 auf Masse gelegt und das 
Ausgangssignal meiner gesamten Schaltung gemessen. Ich konnte eine 
Spannung von rund 80mV am Ausgang der gesamten Schaltung messsen.

Ist dieses Vorgehen korrekt, um die gesamte Offsetspannung zu bestimmen?



Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Im Anhang habe ich den Schaltplan meiner gesamten Schaltung eingefügt.

Danke

Dein aktueller Tiefpass hat eine Grenzfrequenz von 0,5Hz. Das liegt 
einen Faktor ~350 unter der Frequenz deines Wechselanteils, damit wird 
der Wechselanteil ungefähr um den Faktor 350 unterdrückt. Wie schon 
geschrieben: wenn es dir nur auf die Anzeige eines DC-Messgeräts geht, 
musst die Kurve nicht beliebig glatt sein: das Messgerät wird selbst 
über die Kurve integrieren.


Rolf schrieb:
> Ich möchte einen Offsetabgleich meiner gesamten Schaltung durchführen.

Der einfache Präzisionsgleichtrichter ist sehr empfindlich auf den 
Offsetfehler der Stufen davor (weil er "beim Nulldrchgang der Spannung 
umschaltet", und der Nulldurchgang wird durch den Offset verschoben). 
Würdest du stattdessen einen Lock-In Ansatz verwenden, dann wäre der 
Offset des AD620 weitgehend egal - weil der gesteuerte Gleichrichter 
"immer im richtigen Moment umschaltet", nicht beim (verschobenen) 
Nulldurchgang.

Rolf schrieb:
> Dazu habe ich die beiden Eingänge des AD620 auf Masse gelegt und das
> Ausgangssignal meiner gesamten Schaltung gemessen.

Schalte sie nicht auf Masse sondern schalte sie einfach zusammen. Durch 
die verbauten 1M-Widerstände liegen die Eingang dann ja ungefähr auf 
Masse, aber der Spannungsabfall des Eingangsoffsetstroms über die 
1MOhm-Widerstände bleibt gleich und kann ebenfalls mit abgeglichen 
werden. Wenn du dagegen die Eingänge für den Abgleich auf Masse 
schaltest, geht dir der Einfluss des Eingangsoffsetstroms verloren.

Mit der Eingangsbeschaltung würde ich dann die Spannung am Ausgang des 
AD620 (also vor dem Eingang des Präzisionsgleichrichters) auf Null 
drehen. Das ist die kritischste Stelle (weil sie die Funktion des 
Gleichrichters beeinflusst).

Wenn an der Stelle 0V anliegen und am Ausgang der Schaltung der Offset 
immer noch zu groß sein sollte, würde ich zur Not am Addierer oder bei 
OPV3 noch einen zusätzlichen Offsetabgleich einführen. Mit einem Lock-In 
sollte in jedem Fall ein einzelner Offsetabgleich an der Ausgangsstufe 
ausreichen (der jetzt dominierende Offset des AD620 wäre dann egal).

Wie schon gesagt: sehr viele OPV mögen keine zu großen kapazitiven 
Lasten am Ausgang (also z.B. keine langen Koaxialkabel). Der TL072 hat 
zwar eine Spezifikation für 100pF am Ausgang, aber nicht für 1nF am 
Ausgang (dein Kabel). Kannst ja mal das Kabel abziehen und schauen, ob 
die unerwünschten Schwingungen verschwinden. Falls ja hilft es 
wahrscheinlich, wenn du zwischenden Ausgang deiner Schaltung und das 
Koaxialkabel einen Widerstand (50-100Ohm) einbaust.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ref. Pin des AD620 muss auch noch an GND.

Einen Offset beim AD620 könnte man z.B. über den Punkt ausgleichen wo 
einer der 1 M Widerstände hin geht. Also den nicht am GND, sondern an 
eine kleine einstellbare Spannung im mV Bereich.
Um bei der Offset-Bestimmung auch den Einfluss vom Bias mit drin zu 
haben würde ich die beiden Eingänge per Kondensator verbinden. Wenn man 
direkt verbindet fällt der Spannungsfall an den 1 M Widerständen wieder 
raus.

Am Gleichrichter sollten die Widerstände vom Wert schon passen: 2.2 K 
statt 2 K sind schon etwas viel daneben. Ggf. einfach 2 mal 1 K in 
Reihe, wenn man keine 2 K hat. Das könnte z.B. die unterschiedlichen 
Stufen nach der Gleichrichtung erklären.

Die Addierer-stufe hinter dem Gleichrichter könnte auch schon etwas 
Filterfunktion und bei Bedarf Verstärkung übernehmen. An den RC Tiefpass 
mit 10 K und 33 µF könnte man auch schon direkt ein hochohmiges 
Anzeigemodul anschließen. Da stört dann auch eine Kabel Kapazität nicht 
mehr.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank lurchi.
Den REF-Anschluss habe ich vergessen einzuzeichnen. Sorry, auf dem 
Steckbrett steht die REF-Verbindung zur Masse natürlich.

Ich habe noch eine Sache, die mir auffällt. Wenn ich die Drehzahl stark 
erhöhe oder das Feld erhöhe, kippt das gleichgerichtete Signal, wie im 
Anhang zu sehen ist. Die Batteriespannung ist auf 7,4 v abgesunken. Ist 
der Gleichrichter vor dem Tiefpass übersteuert?


Gru
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Einen Offset beim AD620 könnte man z.B. über den Punkt ausgleichen wo
> einer der 1 M Widerstände hin geht.

Hm: ich dachte, dass ich dazu auch was geschrieben hatte, aber dann hab 
ich es vor dem Abschicken wohl versehentlich wieder gelöscht.

Ich würde den Offset des AD620 lieber am Ref-Pin wegdrehen (also nicht 
am Eingang des Instrumentenverstärkers, sondern an dessen Ausgang). Per 
Spannungsteiler mit Trimpoti die nötige "Gegenspannung" erzeugen und 
dann mit einem Spannungsfolger-OPV niederohmig auf den Ref-Pin des AD620 
treiben.

Hat den Vorteil, dass das Signal schon um den faktor 100 verstärkt ist 
(man muss also keine µV wegdrehen sondern mV) und dass man die 
Eingangsbeschaltung des AD620 schön symmetrisch lassen kann.

Am Eingang des AD620 den Offset wegdrehen geht natürlich auch, aber ich 
finde, der Ref-Pin bietet sich dafür an.

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Die Batteriespannung ist auf 7,4 v abgesunken. Ist
> der Gleichrichter vor dem Tiefpass übersteuert?

Auf wie viel V/Kästchen ist das Oszi denn eingestellt (mit einem 
Screenshot per Druckfunktion statt mit einem Foto könnte man das direkt 
ablesen).

Wenn die Versorgung nur 7,4V beträgt, sollte die Eingangsspannung des 
TL072 nur in den Bereich 3-4V gehen, sonst übersteuerst du ihn.

Ich bin nicht sicher, ob der TL072 zu Phase Reversal bei Übersteuerung 
neigt, aber das würde das "Umkippen" erklären.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Auf wie viel V/Kästchen ist das Oszi denn eingestellt (mit einem
> Screenshot per Druckfunktion statt mit einem Foto könnte man das direkt
> ablesen).

Sorry, habe immer noch keine guten Screenshots. Versuche das in Kürze 
wie beschrieben zu beheben.

Die eine Batterie hat jetzt 7,6V und die andere 8V. Die 
Spannungsversorgung ist dann das nächste Thema.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Hm: ich dachte, dass ich dazu auch was geschrieben hatte, aber dann hab
> ich es vor dem Abschicken wohl versehentlich wieder gelöscht.

Kein Problem, Achim.


> Ich würde den Offset des AD620 lieber am Ref-Pin wegdrehen (also nicht
> am Eingang des Instrumentenverstärkers, sondern an dessen Ausgang). Per
> Spannungsteiler mit Trimpoti die nötige "Gegenspannung" erzeugen und
> dann mit einem Spannungsfolger-OPV niederohmig auf den Ref-Pin des AD620
> treiben.

Danke. Könntest Du mir die Abgleichschaltung mit dem REF-Anschluss 
schaltungsmäßig aufzeichnen. Wäre super nett.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe die Eingänge verschaltet wie Du gesagt hast. Klingt logisch 
eben wegen dem Offstestrom.
Am Ausgang des AD620 liegen jetzt 1,1mV an.
Am Gleichrichter 9,1mV.

Habe die einzelnen Stufen dabei nicht von einander leitfähig getrennt.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe die Schaltung zur Kompensation aufgezeichnet.
Steckt in dieser Kompensation auch die Offset- Bias-Stromkompensation?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das Übersteuern könnte vom verlassen des Gleichtaktbereichs des OPs 
kommen.

Über 1,1 mV am Ausgang des AD620 muss man sich eigentlich kein Sorgen 
machen. Das geht unter in den Fehlern des Gleichrichters. Der TL072 kann 
auch mal 5 mV Offset haben.

Die Schaltung mit dem OP zum Abgleich funktioniert so im Prinzip, wenn 
die Versorgung extrem stabil wäre und der Poti super gut. Die Praktische 
Lösung wäre ein passiver Teiler mit vielleicht 5 Ohm nach GND und dann 
10 K zu einem Poti der den Offset einstellt. Die 5 Ohm am Ref Eingang 
wären wohl noch zu tolerieren. So exakt gleich sind die Empfängerflächen 
in der Regel auch nicht.
Einfacher wäre das Prinzip aber an der Eingangsseite, weil da die 
Impedanz höher wäre. Auf 100 Ohm mehr oder weniger kommt es bei dem 1 M 
Widerstand nicht an.

Der Offset hinter dem Gleichrichter könnte zum Teil vom TL072 kommen und 
zum Teil vom Rauschen. Den Offset könnte man etwa am Addierer hinter dem 
Gleichrichter abgleichen. Die Genauigkeit ist mit dem ungesteuerten 
Gleichrichter sowieso begrenzt. Wichtiger als ein genauer 
Offset-Abgleich wäre bei der Lösung mit dem einfachen Gleichrichter wäre 
da eher etwas gegen überlagerte 50 Hz Störungen - etwa ein 
Bandpassfilter und eine sehr stabile Motordrehzahl dazu. Einfach geht 
aber anders (etwa mit dem synchronen Gleichrichter).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Das Übersteuern könnte vom verlassen des Gleichtaktbereichs des OPs
> kommen.

Was könnte man dagegen machen? Liegt es nur an der zu geringen 
Versorgungsspannung (die Versorgung werde ich sowieso auf 12V erhöhen, 
denn ich will alles in einen Ausgangsspannungsbereich von 0V bis 10V 
abbilden), weil es bei Erhöhung der Eingangsspannung der 
Verstärkerschaltung entsteht.


> Der Offset hinter dem Gleichrichter könnte zum Teil vom TL072 kommen und
> zum Teil vom Rauschen. Den Offset könnte man etwa am Addierer hinter dem
> Gleichrichter abgleichen.

Mit welcher Schaltung würdest Du den Abgleich durchführen? Auch einen 
Spannungsteiler mit Poti und dann am Ausgang des 2. OPVs?


> Die Genauigkeit ist mit dem ungesteuerten
> Gleichrichter sowieso begrenzt. Wichtiger als ein genauer
> Offset-Abgleich wäre bei der Lösung mit dem einfachen Gleichrichter wäre
> da eher etwas gegen überlagerte 50 Hz Störungen - etwa ein
> Bandpassfilter und eine sehr stabile Motordrehzahl dazu. Einfach geht
> aber anders (etwa mit dem synchronen Gleichrichter).

Ich will einen maximalen Messfehler von 1% erreichen. Hälst Du das für 
generell machbar mit dieser Schaltung/ungesteuertem Gleichrichter?

Ich müsste noch überprüfen wie groß die 50Hz-Belastung in der späteren 
Betriebsumgebung ist (das ist in der Hochspannungshalle). Hälst Du auch 
unter diesem Gesichtspunkt ein Bandpassfilter für ratsam?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1% Genauigkeit ist mit dem ungesteuerten Gleichrichter eher nicht 
machbar, jedenfalls nicht einfach. Der Bandpassfilter ist auch eher eine 
theoretische Lösung und kaum Praktikabel. Das Problem ist ja, dass 50 Hz 
Störungen eine Signal bei +-50Hz um die Modulaktionsfrequenz erzeugen. 
D.h. eine Filterung ist nicht so einfach: Ein Bandpass mit hoher Güte 
würde eine sehr stabile Motordrehzahl erfordern und neigt trotzdem zur 
Drift. Eventuell machbar wären eine digitale Auswertung, auch ohne 
Sychronisation: also das AC Signal genügend schnell digitalisieren und 
dann halt rechnen, um auf einen DC Wert und ggf. auch gleich den 50 Hz 
Anteil zu kommen.

Selbst mit dem Synchron-gleichrichter wird es mit 1% Unsicherheit 
schwer: Da gehen gehen nicht nur Fehler bei der Auswertung ein, sondern 
auch Fehler der Mechanik und parasitäre Kapazitäten im sub pF Bereich 
(etwa der Einfluss von Feuchtigkeit auf das Platinenmaterial). Zu 
kleinen Feldern (Spannung an der unbelasteten Probe im mV Bereich) hin 
kommen dann ggf. noch Fehler durch Adsorbat an der Oberfläche dazu. D.h 
man sollte auf eine passende einheitliche Oberfläche achten.

Normal ist eine Feldmühle auch mehr ein Schätzeisen.

Das Problem mit der Übersteuerung könnte man durch weniger Verstärkung 
vor dem Gleichrichter lösen. Andere OPs (z.B. OPA171) könnten das 
Problem auch reduzieren weil sie dichter an de Versorgung kommen.

Der Offsetabgleich nach dem Gleichrichter wäre am einfachsten über einen 
extra Eingangspfad an OPV2.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> 1% Genauigkeit ist mit dem ungesteuerten Gleichrichter eher nicht
> machbar, jedenfalls nicht einfach.

Ich meinte 1% Fehler. Was meinst Du mit 1% Genauigkeit?


> Das Problem mit der Übersteuerung könnte man durch weniger Verstärkung
> vor dem Gleichrichter lösen. Andere OPs (z.B. OPA171) könnten das
> Problem auch reduzieren weil sie dichter an de Versorgung kommen.

Mir ist nicht ganz klar, warum dieser Gleichrichter in meiner Schaltung 
in Sättigung geht. Liegt es nicht an der zu geringen 
Versorgungsspannung? Ich habe die Widerstände doch so bemessen (ok 2,2 
KOhm), dass er nicht verstärkt, sondern nur vollweggleichrichtet.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Am Ausgang des AD620 liegen jetzt 1,1mV an.

Das ist ein guter Wert. Wie Lurchi schon gesagt hat brauchst du da 
tatsächlich nicht mehr nachjustieren, wenn dein Signal im Bereich 
mehrerer V ist.

Andererseits sah es in deiner Messung in 
Beitrag "Re: Rauschfilterung mit dem Instrumentationsverstärker" noch nach einem 
sehr viel größeren Offset aus. Sonst hätten alle Halbwellen gleich hoch 
sein müssen.

Aber der wahrscheinlichen Grund für die unterschiedlich hohen Halbwellen 
liegt in deiner Schaltungsauslegung: in deinem Präzisionsgleichrichter 
hast du R1=1kOhm gewählt und 2*R1=2,2kOhm. Die unterschiedlichen 
Halbwellen werden damit um 10% unterschiedlich verstärkt. Das ist nicht 
sehr präzise und sieht nach der Gleichrichtung so aus, als hätte das 
Rechteck einen Offset gehabt.

2*R1 muss wirklich genau doppelt so groß sein wie R1. Wenn du keine 
2kOhm Widerstände hast, dann schalte halt 2 1kOhm Widerstände in Serie.

Rolf schrieb:
> Ich meinte 1% Fehler. Was meinst Du mit 1% Genauigkeit?

Was meinst du mit 1% Fehler (oder Genauigkeit). 1% bezogen auf was? 
Bezogen auf die knapp 5V Signalspannung wäre der Offsetfehler von 
einigen mV schon jetzt deutlich unter 1%.

Rolf schrieb:
> Mir ist nicht ganz klar, warum dieser Gleichrichter in meiner Schaltung
> in Sättigung geht. Liegt es nicht an der zu geringen
> Versorgungsspannung? Ich habe die Widerstände doch so bemessen (ok 2,2
> KOhm), dass er nicht verstärkt, sondern nur vollweggleichrichtet.

Wenn das Signal am Verstärkereingang schon zu groß ist, dann braucht der 
OPV auch nicht mehr zu verstärken und der Gleichtaktbereich wird 
trotzdem überschritten. Wenn später die Versorgung 5V größer wird, musst 
du dir um den Punkt aber keine Gedanken machen (solange das Signal mit 
Störungen nicht auch um 5V größer wird).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Was meinst du mit 1% Fehler (oder Genauigkeit). 1% bezogen auf was?
> Bezogen auf die knapp 5V Signalspannung wäre der Offsetfehler von
> einigen mV schon jetzt deutlich unter 1%.

Mit der Feldmühle will ich die Linearität eines 
DC-Hochspannungsmessteilers bestimmen. Dazu muss die Feldmühle eine 
gewisse Messgenauigkeit besitzen.


> Wenn das Signal am Verstärkereingang schon zu groß ist, dann braucht der
> OPV auch nicht mehr zu verstärken und der Gleichtaktbereich wird
> trotzdem überschritten. Wenn später die Versorgung 5V größer wird, musst
> du dir um den Punkt aber keine Gedanken machen (solange das Signal mit
> Störungen nicht auch um 5V größer wird).


Ich werde alles mit 12V betreiben, weil auch mein Ausgangsbereich der 
gesamten Schaltung (am Ausgang) von 0V bis 10V arbeiten soll.
Verstehe das immer noch nicht. Inwiefern der Gleichtaktbereich?


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Mit der Feldmühle will ich die Linearität eines
> DC-Hochspannungsmessteilers bestimmen. Dazu muss die Feldmühle eine
> gewisse Messgenauigkeit besitzen.

Und ich weiß immer noch nicht, was "1%" dabei bedeuten soll. Wenn du 1% 
vom Messwert meinst, dann wirst du das bei beliebig kleinen Messwerten 
nie erreichen. Wenn du 1% vom Messbereich meinst, dann hast du bezogen 
auf den Offsetfehler diese 1% schon locker erreicht (auch ohne 
Offsetabgleich). Wie groß der Verstärkungstärkungsfehler ist, können wir 
den Messungen nicht ansehen (es ist ja ohnehin noch nicht festgelegt, 
welcher Feldstärke eine Ausgangsspannung von 1V entspricht).

Rolf schrieb:
> Inwiefern der Gleichtaktbereich?

Die Spannung am Verstärkereingang muss einen gewissen "Abstand" zur 
Versorgungsspannung einhalten. "Gleichtaktspannung" heißt auf Englisch 
"common mode voltage".
In den "recomended operating conditions" des TL072 steht
common mode voltage  min: Vcc- + 4V     max: Vcc+ - 4V
(als auf beiden Seiten 4V Abstand zur Versorgungsspannung.

Wenn die Eingangsspannung 4V Abstand zur Versorgung hat, dann 
funktioniert der TL072 noch garantiert. Wenn der Abstand kleiner wird, 
dann funktioniert er nur noch mit Glück oder gar nicht mehr.  Mit 12V 
Versorgungsspannung und der aktuellen Signalstärke wird diese Problem 
aber nicht mehr auftreten (weil der Abstand dann größer als 4V ist).

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank.
Endlich habe ich es verstanden.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin.
Ich habe noch einmal über die unterschiedlichen Höhen der Rechtecke im 
gleichgerichteten Signal überlegt.
Die Ausgangsspannung des Gleichrichters ist Ua=((R2)/(2*(R1)))*Ue.
Durch meine Wahl der Widerstände von 1kOhm und 2,2KOhm dürfte sich 
demnach doch nur eine Verstärkung von 1,1 ergeben. Aber eine 
gleichmäßige Verstärkung für alle Amplituden der Rechtecke.
Eine unterschiedliche Höhe dürfte sich doch auch durch dieses 
Widerstandsverhältnis nicht ergeben.


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei dem gezeigten Präzisionsgleichrichter is der Obere Widerstand für 
die Verstärkung der negativen Halbwelle zuständig, die Widerstände am OP 
mit den Diode sind für die positive Halbwelle zuständig. Wenn da das 
Verhältnis nicht stimmt wird die eine Halbwelle Stärker verstärkt. Der 
mit 2,2 K zu große Widerstand würde in etwa die Beobachtete Form 
erklären.

Die Formel für die Verstärkung passt nur wenn auch an allen Stellen in 
der Schaltung richtige Verhältnis der Widerstände ist. Der Widerstand 
vom Eingang zum 2. OP muss schon doppelt so hoch sein wie der vom 
Ausgang des 2. OPs.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Lurchi.

Ich habe eine Messreihe aufgenommen, indem ich in Zehnerschritte die 
Spannung an den felderzeugenden Platten (selbstgebauter 
Plattenkondensator) von 100V an gesenkt habe. Dabei habe ich jeweils die 
Spannung am Ausgang der gesamten Schaltung gemessen.
Im Anhang sieht man den Verlauf.

Die Gerade geht nicht durch den Ursprung. Liegt dies am noch nicht 
ausgeglichenen Offset der Schaltung?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Offset der Schaltung (vor allem die TL072) werden mit zur 
Verschiebung der Kurve Beitragen, aber auch 50 Hz Einkopplungen werden 
einen Einfluss habe. Dazu kommen ggf. auch Störungen / Vibrationen die 
vom Motor kommen.
Zu guter Letzt geht da auch noch die Austrittsarbeit der Materialien mit 
ein - das sind ggf. auch ein paar 100 mV.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Der Offset der Schaltung (vor allem die TL072) werden mit zur
> Verschiebung der Kurve Beitragen, aber auch 50 Hz Einkopplungen werden
> einen Einfluss habe. Dazu kommen ggf. auch Störungen / Vibrationen die
> vom Motor kommen.

Danke.
Um die Offsetspannung des Gleichrichters und des Tiefpasses zu 
reduzieren, wäre es besser die TL072 durch an einem Anschluss 
abgleichbare TL071 zu ersetzen oder eine äußere Beschaltung für die 
beiden TL071 aufzubauen?


Die Feldmühle soll während des späteren Betriebes durch Akkus mit 
Spannung versorgt werden. Welche Operationsverstärker würdest Du mir 
empfehlen? Vielleicht auch Rail-To-Rail-Faähigkeit unter 
Berücksichtigung des hohen Gleichtakt-Abstandes von 4V zur 
Versorgungsspannung?



Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Relativ sparsame fast Rail to Rail (mit kleinen Einschränkungen) OPs für 
auch etwas mehr Spannung wären etwa OPA170 / OPA171 je nachdem was man 
an Bandbreite braucht. Die OPAx170 wären ggf. auch ein Ersatz für den 
AD620 am Eingang.

Bei der Gezeigten Schaltung kann man den Offset am Gleichrichter durch 
einen zusätzlichen Widerstand zum Addierer gut abgleichen. Da braucht 
man nicht auf 1-fach OPs zurückgreifen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für Deine Unterstützung.

Noch eine Frage zu dem gleichgerichteten Signal:
Auf der Amplitude der gleichgerichteten Rechtecke erkennt man keinen 
geraden Verlauf, sondern eine leichte Schwingung. Woher könnte das 
stammen? Sind das die 50Hz aufmoduliert?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hinter dem Gleichrichter können das Reste der 50 Hz oder ggf. auch von 
der Modulation bzw. ggf. eine Mischfrequenz sein. Die Anzeigemodule 
filtern in der Regel aber auch noch mal.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.

Für den Offsetabgleich würde ich ein Potentiometer oder einen Widerstand 
gegen -9V am nichtinvertierenden Eingang des OPVs anschließen.
Meintest Du das so?


Ist durch den Offsetabgleich auch gleichzeitig die Wirkung der Offset- 
und Biasströme reduziert?


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi,

Ist der Offsetabgleich für den Gleichrichter schaltungstechnisch so 
korrekt wie oben dargestellt?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man kann den Offset so abgleichen, auch wenn der Abgleich am neg. Eigang 
logischer wäre. Der Trick ist ggf. noch wie man eine kontrollierte 
Spannung im +-10 mV Bereich erzeugt. Etwa Poti an stabile +-2,5 V und 
dann ein Teiler 1:200 nach Masse.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank.

Wäre der Abgleich durch einen speziellen Anschluss beim TL071 effektiver 
als diese äußere Beschaltung?

Ist durch den Offsetabgleich auch gleichzeitig die Wirkung der Offset-
und Biasströme reduziert?


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi.

Ich habe meinen AD620 und vermutlich auch die anderen OPVs mit einem 
alten Spannungsnetzteil zerstört. Deshalb bin ich erst einmal praktisch 
gebremst und muss auf die neue Lieferung warten.


Ich möchte die Sache mit der Genauigkeit noch einmal besprechen, weil 
dadurch mein Schaltungskonzept in eine bestimmte Richtung geht.

Für den späteren Kalibriervorgang ist die Genauigkeit, mit der ich durch 
die Feldmühlenausgangsspannung auf die Spannung am Kopf des Messteilers 
rechnen/schließen kann, nicht so entscheidend.
Die Genauigkeit sollte natürlich relativ gut sein bzw. der Fehler so 
klein wie möglich. Liegt eine Spannung von 1,2kV am Schirm des Teilers 
und ich rechne diese Spannung mittels der Feldmühle zu 1,4kV, ist das 
natürlich schlecht für das Verhältnis der Spannungen zueinander (das 
Verhältnis benötigt der Kalibriertest).
Die Genauigkeit sollte also so gut wie möglich sein. Es genügt eine 
Genauigkeit von +-1% vom Spannungswert.

Das Entscheidende für den Kalibriertest ist die Reproduzierbarkeit und 
dementsprechend die Langzeitstabilität der Feldmühle/Schaltung. Wenn ich 
eine Messung unter exakt denselben Bedingungen wiederhole, sollten die 
Ergebnisse auch nahezu dieselben sein.

Fragen:

1)
Die Software, die die Spannungen der Feldmühle verarbeitet, ist in der 
Lage, den Fehler (systematisch) zu reduzieren. Ich werde eine 
Ausgleichsrechnung meiner fertigen Feldmühle machen und diesen stabilen, 
errechneten Fehler der Software mitteilen.
Hälst Du eine Genauigkeit von 1% vom Nenn-Spannungswert (Die durch die 
Feldmühle berechnete Spannung darf um 1% vom wirklichen Nennwert 
abweichen) mit dem obigen Schaltungsprinzip für realisierbar?

2)
Die wichtigste Randbedingung ist jetzt die Langzeitstabilität der 
Schaltung. Worauf muss ich in Bezug auf diesen Aspekt bei der Wahl der 
Bauteile achten? Z. B. auf den Offsetdrift der OPV und den 
Temperaturkoeffizienten der Messwiderstände/Widerstände?



Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Schaltung mit dem einfachen Gleichrichter ist eher nicht für eine 
genaue Messung geeignet. Das Problem ist, dass auch ein 50 Hz zu einem 
Signal am Ausgang des Gleichrichters führt - d.h. die Unterdrückung von 
der artigen Störungen ist nicht gut genug.

Ansonsten sollten die Widerstände schon genügend stabil sein. Vor allem 
die 1 M Widerstände am Eingang sind da ggf. etwas schwieriger. Der 
Offset der Verstärker wäre ggf. für kleine Spannungen eine Problem. Da 
müsste man ggf. vor einer Messung kontrollieren und wenn nötig 
abgleichen. So schlimm ist das aber auch nicht, vor allem nicht bei eher 
höherer Amplitude. Der Bereich kleiner Amplituden ist wegen der oben 
genannten AC Störungen sowieso nicht gut.

Es geht auch die Motordrehzahl mit ein - d.h. auch die sollte stabil 
sein oder ggf. mit gemessen werden.

Da auch Dinge wie der Abstand der Flügel zu den Empfangsflächen eingehen 
kann, wird man so oder so relativ häufig eine Kontrollmessung machen 
müssen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Die Schaltung mit dem einfachen Gleichrichter ist eher nicht für eine
> genaue Messung geeignet. Das Problem ist, dass auch ein 50 Hz zu einem
> Signal am Ausgang des Gleichrichters führt - d.h. die Unterdrückung von
> der artigen Störungen ist nicht gut genug.

Vielen Dank.
Die spätere Betriebsumgebung der Feldmühle wird die Hochspannungshalle 
sein. Um quanitative Aussagen über die konkrete Belastung durch den 
50Hz-Netzbrumms zu machen, wäre da ein EMV-Test in der Halle geeignet 
oder macht man das bezüglich des 50Hz-Netzbrumms anders?

Das ging für mich aus Deiner obigen Antwort nicht klar hervor: Hälst Du 
meine jetzige Schaltung für langzeitstabil bzw. in Bezug auf die 
Reproduizierbarkeit von Messungen für geeignet?
Ist der TL072/TL071 in Bezug auf Stabilität relativ gut oder gibt es 
bessere OPV?


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Die 50 Hz Unterdrückung durch den INA ist nicht wirklich hoch. Das
> externe Wechselfeld wird wie ein Gleichfeld mit moduliert. D.h. man
> bekommt die 50 Hz +- Modulaktionsfrequenz. Nur die 50 Hz selber (ohne
> Modulation) sollten eher schwach ausgeprägt sein - sofern da keine
> Einkopplung auf anderen Wegen passiert.


Ich habe noch einmal in den Beiträgen zum Synchrongleichrichter gelesen. 
Genau, die 50Hz stecken als Modulation noch in dem Signal, das der 
Gleichrichter bekommt.
Würde das Lock-In-Prinzip mit Synchrongleichrichter die 50Hz auch noch 
aus der Modulation rausholen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Synchrongleichrichter würde die 50 Hz auch noch hinter der 
Demodulation wieder herstellen. D.h. wenn das Feld eine 50 Hz Komponente 
hat, hat man hinter der Demodulation auch wieder die 50 Hz in 
entsprechender Größe. In der Regel wird man dann aber filtern, um die 50 
Hz und andere Störungen zu reduzieren. Viele ADCs für Digitalanzeigen 
messen über vielfache von 20 ms und unterdrücken so die 50 Hz (und 100 
Hz usw.) bereits sehr gut mit einer Art Notch Filter - oft im Bereich 
60-100 dB.
Der eigentliche Sychrongleichrichter selber unterdrückt die 50 Hz also 
nicht, aber er erlaubt ein effektive Filterung dahinter. Der Vorteil 
ist, dass sich der Synchrongleichrichter linear verhält: d.h. man kann 
verschiedene Beiträge zum Signal getrennt betrachten. Daher funktioniert 
auch die Differenzmessung am Nullpunkt ohne Probleme und auch das 
Vorzeichen des Feldes wird mit übertragen.

Mit dem normalen Gleichrichter kann man die 50 Hz und DC Beiträge nicht 
so einfach trennen, denn der einfache Gleichrichter ist nichtlinear: 
Verschiedene Beiträge addieren sich nicht einfach am Ausgang, sondern 
das vermischt sich nichtlinear. Bei kleinem Feld hat der 50 Hz Teil mehr 
Einfluss und lässt sich daher nur schwer bis gar nicht herausrechnen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Lurchi.

Ich habe mich heute in das Thema "Synchrongleichrichter" eingelesen. Es 
gibt in diesem Elektronik-Kompendium eine unglaublich gute Seite zu 
diesem Thema.
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaer...

Den Synchrongleichrichter, der dort dargestellt wird, werde ich 
ausprobieren. Ist relativ einfach das Prinzip.

Ist es so, dass bei dem Lock-In-Prinzip für die Feldmühle, der einzige 
Unterschied darin besteht (zu dem im Link dargestellten), dass die 
Steuerspannung über die Lichtschranke zugeführt wird?

Mir ist noch nicht hanz klar, welcher Nachteil sich ergibt, wenn man die 
Steuerspannung direkt vom Messsignal abgreift wie oben im Link 
dargestellt ist.

Würde eine Schaltung wie im Link oben ohne Steuerspannung von der 
Lichtschranke schon zu einer Verbesserung bei meiner Messung führen?



Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn man beim Synchrongleichrichter die Steuerspannung (= ref Signal) 
vom Signal selber nimmt, hat man eine andere Realisierung des normalen 
Präzisionsgleichrichters. D.h. man wieder das Verhalten der alten 
Schaltung mit all ihren Nachteilen. Dies ist vor allem ein Weg, wenn man 
einfach beide Varianten vergleichen will.

Ein echter Synchrongleichrichter wird es erst mit einem unabhängigen 
Signal um den Umschalter zu steuern, also etwa der Lichtschranke.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Wenn man beim Synchrongleichrichter die Steuerspannung (= ref Signal)
> vom Signal selber nimmt, hat man eine andere Realisierung des normalen
> Präzisionsgleichrichters. D.h. man wieder das Verhalten der alten
> Schaltung mit all ihren Nachteilen. Dies ist vor allem ein Weg, wenn man
> einfach beide Varianten vergleichen will.

Vielen Dank.
Ach ja, stimmt. Es ist ja das mit Rauschen behaftete Messsignal.

Das Komplizierte ist also die Referenzspannungsquelle. Es wäre aber zu 
einfach gedacht, wenn man also nur das Lichtschrankensignal auf den 
Komparator geben würde, oder?

Ist es wirklich so kompliziert wie in dieser Schaltung hier?
http://www.hcrs.at/FELDMU.HTM


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Verlinkte Schaltung ist nicht so kompliziert. Es sieht etwas 
umständlich aus, weil einfache CMOS Schalter (4066) genutzt werden. Da 
braucht man dann für die Umschaltung auch ein invertiertes Signal. Einer 
der Schalter wird dazu als Inverter genutzt. Mit einem 4053 als Schalter 
sähe die Schaltung etwas einfacher aus, braucht aber auch 3 ICs (4066 
oder 4053 und insgesamt 6 OP).

Der Instrumentenverstärker am Eingang ist dort von Hand aus 3 OPs 
aufgebaut, statt einen nicht so ganz passenden AD620 zu verwenden. Die 
gezeigte Schaltung sollte weniger Rauschen, trotz einfacher Teile.

Das Signal von der Lichtschranke auf den Komparator ist schon richtig. 
Man braucht aber noch einen Abgleich für die Phase - dies kann ggf. auch 
mechanisch geschehen. Auch sollte das Tastverhältnis nahe 1:1 sein. Ggf. 
kann man dafür die Schaltschwelle einstellen.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Moin Lurchi.

Ich konnte meine ungesteuerte Gleichrichterschaltung noch verbessern, in 
dem ich den Glättungskondensator in den Addierer geschaltet habe.

Wenn die Schaltung gearbeitet hat und ich messe dann den Offset des 
AD620, ist dieser rund 5mV. Ohne vorherigen Betrieb sind es 1mV.
Wieso ist die Drift so groß?
Wäre dieses Problem mit einem echten Synchrongleichrichter umgangen?


Gruß
Rolf

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Synchrongleichrichter stört sich nicht an einem kleine DC Offset am 
Eingang. DC Spannung vom Eingang wäre erst über Fehler im Referenzsignal 
(nicht exakt 50% Tastverhältnis) sichtbar. Auch bei einfachen 
Gleichrichter stört ein DC Offset nur bei kleiner Amplitude - bei großer 
Amplitude passt es auch. Der Offset am Eingang ist auch eher nicht das 
Problem. Das größere Problem für den normalen Gleichrichter sind eher 50 
Hz und ähnliche Störungen. Fall nötig könnte man den Offset über eine AC 
Kopplung zwischen dem Verstärker und Gleichrichter entfernen.

So groß ist die Drift gar nicht. Die Drift Specs des AD620 gelten für 
den Eingang. Mit der Verstärkung wird es deutlich mehr am Ausgang. Neben 
der Offset Spannung geht auch noch der Bias / Offset Strom mit ein. Mit 
je 1 MOhm am Eingang und 100 facher Verstärkung braucht es nur 40 pA an 
Strom um das Signal am Ausgang um 4 mV zu verschieben. Da kann auch 
schon Leckstrom auf der Platine eine Rolle spielen.

Der AD620 ist zwar für einen BJT basierten INA noch recht gut, hat aber 
trotzdem relativ hohe Eingangsströme im Vergleich FET basieren 
Versionen.

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> in
> dem ich den Glättungskondensator in den Addierer geschaltet habe.

Ein kondensator direkt an den OPV-Ausgang? Das ist meist eine schlechte 
Idee. Wie sieht dessen konkrete Verschaltung denn jetzt aus (inklusive 
Bauteilwerten)?

Rolf schrieb:
> Wieso ist die Drift so groß?

Versuch doch auch mal, so etwas selbst auszurechnen.

nimm den Average Tempco der Input Offset Voltage
Dann nimme eine mögliche Erwärmung durch den Betrieb an
Dann multipliziere mit der Verstärkung des AD620 in deiner Schaltung

Du kommst in den mV-Bereich, aber nicht auf 5mV

Dann nimm den Average TC des input bias current (hängt sehr stark vom 
genauen Typ des AD620 ab)
Multipliziere mit den Quellenwiderstand
Multipliziere mit der möglichen Erwärmung
Multipliziere mit dem Gain des AD620

Dann dürftest du sehen, dass es sich bei dieser Anwendung lohnt, auf das 
"Kleingedruckte" bei der Auswahl des AD20 zu achten.

Dazu kommt ggf die Drift deines Offsetabgleichs. Ich habe jetzt nicht 
nachverfolgt, wie du den letztlich realisiert hast, aber es passiert 
schnell mal, dass der eigene Offsetabgleich den größten Teil der Drift 
ausmacht.

Rolf schrieb:
> Wäre dieses Problem mit einem echten Synchrongleichrichter umgangen?

Ihn Ähnlicher Form hast du vergleichbare Fragen gefühlt schon mehr als 
ein Dutzend mal gestellt, und jedesmal wurde sie gleich beantwortet. 
Auch dieses konkrete Detail wurde schon beantwortet:

Achim S. schrieb:
> Würdest du stattdessen einen Lock-In Ansatz verwenden, dann wäre der
> Offset des AD620 weitgehend egal


Bevor du das nächste mal nachfragst, ob eine echter, gesteuerter 
Synchrongleichrichter in der Anwendung besser wäre, lies bitte nochmal 
jede der hier zitierten Stellen nach:

Lurchi schrieb:
> Gefiltert wird das Signal bei der Feldmühle in der Regel durch die
> phasenrichtige Gleichrichtung.

Lurchi schrieb:
> Der Lockin-Verstärker wirkt wie ein schmalbandiges Filter.

Sapperlot W. schrieb:
> Ein Lock-in kann eben auch noch mit viel kleineren Signalen klarkommen.
> Insbesondere kann ein Lock-in auch noch mit Signalem im Noise
> klarkommen.

Lurchi schrieb:
> gut wird es mit dem ungesteuerten Gleichrichter so
> oder so nicht.

Lurchi schrieb:
> Der normale ungesteuerte
> Gleichrichter ist aber sowieso mehr eine Notlösung

Lurchi schrieb:
> Der Synchrongleichrichter ist da besser

Lurchi schrieb:
> Einfach geht
> aber anders (etwa mit dem synchronen Gleichrichter).

Achim S. schrieb:
> Das Lock-in-Prinzip ist aus sehr guten Gründen der Standard für
> diese Art Messungen.

Lurchi schrieb:
> 1% Genauigkeit ist mit dem ungesteuerten Gleichrichter eher nicht
> machbar,

Lurchi schrieb:
> Die Schaltung mit dem einfachen Gleichrichter ist eher nicht für eine
> genaue Messung geeignet.

Lurchi schrieb:
> Mit dem normalen Gleichrichter kann man die 50 Hz und DC Beiträge nicht
> so einfach trennen

Da zeichnet sich in den Antworten schon eine gewisse Tendenz ab, oder?

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Da zeichnet sich in den Antworten schon eine gewisse Tendenz ab, oder?

Danke an euch beide.
Ja. Ich arbeite mich von der einfachen Vorstellung weiter und erkenne, 
dass die Standardlösung die beste ist. Sorry, hatte bis gestern den 
Snchrongleichrichter nicht verstanden.

Das Wichtigste für meine Feldmühle und die Messung ist die 
Reproduzierbarkeit von Messwerten unter gleichen Bedingungen. Deshalb 
ist die Langzeitstabilität der Bauteile und der Schaltung wichtiger.

Einen Offsetabgleich habe ich noch nicht mit dieser Schaltung. Der 
Kondensator ist parallel zum Widerstand zwischen invertierenden Eingang 
und Ausgang des Addierer-OPVs.


Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Der
> Kondensator ist parallel zum Widerstand zwischen invertierenden Eingang
> und Ausgang des Addierer-OPVs.

Ok: an der Stelle ist gegen einen passend dimensionierten Kondensator 
nichts einzuwenden.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Achim. Sorry noch einmal wegen der gleichen Fragerei.

Ich tue mich an dieser Stelle schwer, zu entscheiden, ob ich einen 
Synchrongleichrichter entwerfe oder bei der obigen Schaltung bleibe.
Ich teste momentan alles in einer Werkstatt, die nicht die 
Betriebsumgebung sein wird (Hochspannungshalle).
Ich werde die Störbelastung in der Halle jedoch noch vermessen.

Wozu würdest Du mir raten auch in Bezug auf die Reproduzierbarkeit 
anstelle hoher Genauigkeit?



Gruß
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also doch nochmal die selbe Frage (Lock-In oder nicht)?

Dann gibt es halt nochmal die selbe Antwort. Dein Hauptproblem bei der 
Reproduziertbarkeit ist derzeit die Offsetdrift des 
Instrumentenverstärkers, weil sie direkt auf den Offset nach dem 
Präzisionsgleichrichter durchschlägt, oder?

Die nochmal wiederholte Antwort auf die Frage ist daher

Achim S. schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Würdest du stattdessen einen Lock-In Ansatz verwenden, dann wäre der
>> Offset des AD620 weitgehend egal

Diesmal mit Begründung: der (driftende) Offset vor dem 
Synchrongleichrichter wird durch den Synchrongleichrichter auf die 
Frequenz des Referenzsignals hochgemischt und im anschließenden Tiefpass 
weggefiltert.

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Achim für Deine Geduld.
Jetzt habe ich es verstanden.

Ich werde eine eigene Schaltungsidee zum Synchrongleichrichter posten.



Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe noch ein Paar allgemeine Fragen.

Im Synchrongleichrichter werden Verstärkungen umgeschaltet, -1 und +1. 
Diese Operation kann man als analoge Multiplikation auffassen. Der 
Synchrongleichrichter enthält also einen Analogmultiplizierer.

Warum nennt man diesen Analogmultiplizierer auch Demodulator? Dass diese 
Operation auch einer Demodulation entspricht, sehe ich irgendwie nicht.


Wozu benötigt man einen Phasenschieber im Synchrongleichrichter bzw. In 
der Feldmühle?
Dient es zur Abstimmung der Phasenverschiebung auf 0, so dass man nach 
Filterung den Gleichrichtwert bekommt?


Gru
Rolf

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf schrieb:
> Diese Operation kann man als analoge Multiplikation auffassen. Der
> Synchrongleichrichter enthält also einen Analogmultiplizierer.

Wenn du es so nennen willst. Tatsächlich kann man das Umschalten als 
Multiplikation mit +1 und -1 auffassen. Aber umgekehrt würden die 
meisten Leute von einem Analogmultiplizierer erwarten, dass er mehr 
kann, als nur mit +1 und -1 multiplizieren.

Rolf schrieb:
> Wozu benötigt man einen Phasenschieber im Synchrongleichrichter bzw. In
> der Feldmühle?

Damit der Synchrongleichrichter im richtigen Moment umschaltet (nämlich 
genau bei der Flanke des Nutzsignals). Du kannst den Phasenschieber in 
der Feldmühle auch realisieren, indem du die Postion der Lichtschranke 
vor- oder zurückschiebst.

Rolf schrieb:
> Dass diese
> Operation auch einer Demodulation entspricht, sehe ich irgendwie nicht.

Du kannst die Frequenz deiner Fehldmühle als Trägerfrequenz auffassen, 
die mit dem Nutzsignal (Feldstärke) amplitudenmoduliert ist. Du 
demodulierst, um das Nutzsignal rauszukriegen.

Rolf schrieb:
> Dient es zur Abstimmung der Phasenverschiebung auf 0,

in deinem Fall: ja (es kann auch andere Anwendungen geben, bei denen man 
sich ggf. für andere Phasenlagen interessiert)

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Damit der Synchrongleichrichter im richtigen Moment umschaltet (nämlich
> genau bei der Flanke des Nutzsignals). Du kannst den Phasenschieber in
> der Feldmühle auch realisieren, indem du die Postion der Lichtschranke
> vor- oder zurückschiebst.

Vielen Dank für die Erklärungen.

Ich verstehe. Nehmen wir beispielsweise an, ich habe die Lichtschranke 
verbaut und sehe auf dem Oszilloskop, dass mein Messsignal und das 
Referenzsignal eine feste Phasenverschiebung zueinander haben, bedingt 
durch den Lichtschrankenaufbau. Um die Verschiebung nicht mechanisch 
ausgleichen zu müssen, kann ich also mit dem Phasenschieber diese 
Phasenverschiebung ausgleichen.


Gruß
Rolf

Autor: Rolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es gibt auch eine übersichtlichere Synchrongleichrichter-Schaltung von 
Stefan Kneifel.
http://www.qsl.net/dh1stf/aufbauae/images/schaltung.gif

Besteht der Synchrongleichrichter in der obigen Schaltung aus dem OPV 
mit der Bezeichnung IC3D?
Dahinter wäre nämlich der Tiefpass zur Filterung. Der OPV ist als 
Differenzierer verschaltet. Wieso bekommt der Differenzierer das Signal 
aus dem Instrumentenverstärker direkt?


Gruß
Rolf

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.