Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Synchron-Gleichrichter, Frequenz erhöhen


von Alexander (Gast)


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Hallo zusammen,

ich würde gerne die Schaltung ganz unten auf der Seite

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/syncrec.htm

, also auf Bild 6 die schnellere Variante modifiziert bauen. Den 
Komparator brauche ich nicht, da ich ein zweites Signal habe, mit 
welchem ich schalten möchte. Das Ganze soll eine Art vereinfachter 
Lock-In-Verstärker für Rechteck-Signale werden.

Jedoch steht dort "bis 15 kHz".

Wenn ich nun jedoch mit 50 kHz arbeiten möchte - reicht es, den OPV zu 
ändern, oder müssen die Widerstände auch anders dimensioniert werden?

Vielleicht weiß ja jemand Bescheid.

von Ralph B. (rberres)


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50KHz dürfte noch mit entsprechend schnelle OPs zu machen sein.

Bedenke aber das das Schaltsignal in der Phase sehr genau passen muss.

Als Schalter könnte sogar der CD4066 noch gehen.

Ralph Berres

von Alexander (Gast)


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Warum soll man den CD4066 verwenden, wenn ein J-FET in der Schaltung 
angeblich geht? Gibt es wesentliche Vorteile? Ansonsten kommt mir das 
FET mit seinen drei Beinchen wesentlich einfacher zu realisieren vor.

Außerdem muss ich vielleicht sagen, dass auf den Gleichrichter ein 
verrauschtes Sinus-Signal gegeben wird, nur auf den Schalter soll ein 
Rechteck-Signal. Die Phase kann ich ja am Frequenzgenerator sehr genau 
einstellen.

von Ralph B. (rberres)


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Ich gehe von aus das du die Schaltung in Bild2 realisieren wolltest.

Und eben diese Schalter könnten die CD4066 übernehmen.

Der Jfet könnte bei 50KHzbereits zu langsam sein.

Ralph Berres

von Alexander (Gast)


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Vielen Dank für die Antwort!

Ich wollte die Schaltung in Bild 6 realisieren, da diese eine 
Vereinfachung von Bild 2 darstellt. Dort ist ein JFET angegeben. Das 
könnte natürlich sein, dass das JFET dort schon zu langsam ist. 
Andererseits: machte der Unterschied von 15 kHz zu 50 kHz so viel aus?

von Ralph B. (rberres)


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Probiere es einfach aus.

Ralph Berres

von Mark S. (voltwide)


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diese JFETs funktionieren üblicherweise bis oberhalb 100MHz als 
Verstärker.

Bei einem Schalter hast Du eher das Problem, dass durch das Schalten im 
Gate-Kreis über die unvermeidbaren Koppelkapazitäten Ladung in den 
Mesßkreis gepumpt wird, die das Ergebnis verfälscht. Um mit höheren 
Frequenzen zu arbeiten, wird man daher den Messstrom erhöhen, also das 
Ganze niederohmiger auslegen. Dem stehen allerding die nicht unendlich 
kleinen On-Widerstände des FET-Schalters entgegen.
Unter dem Aspekt der minimalen Ladungsinjektion stehen jedenfalls 
n-Kanal JFETs nach meiner Erfahrung besser da als die 
CMOS-Analog-Schalter.
So ist das mit Analog-Technik...

von Alexander (Gast)


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Gute Nachricht: der Gleichrichter funktioniert auch mit höheren 
Frequenzen.
Zwei Fragen hätte ich noch:

1. Beim Anstieg des Rechtecksignals treten negative Flanken am Output 
des Synchrongleichrichters auf. Hat jemand eine Idee, woher die kommen? 
Ich dachte mir, dass es vielleicht mit der Sperrspannung des FETs 
zusammenhängt, aber genau kann ich mir da auch kein Bild von machen.

2. Hat zwar nichts direkt hiermit zu tun, aber:

Lassen sich die Steuersignale auch mit einem Arduino erzeugen? Es ist ja 
wichtig, dass dieselbe Frequenz und Phase wie diejenige vom 
Eingangssignal getroffen wird. Schafft ein Arduino diese Präzision?

Vielen Dank

Alexander

von Lurchi (Gast)


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Die Störung könnte von der Charge Injection, bzw. kapazitiven Kopplung 
des Gate an Source und Drain des FETs kommen. Ein anderes Problem könnte 
ein Gate Strom sein. Normal sollte die Gate Spannung nicht deutlich über 
GND Potential gehen - sonst fließt Strom über das Gate und erzeugt damit 
Fehler. Mit dem 100 K Widerstand der langsamen Version fällt das ggf. 
nicht so auf.

Die CMOS Schalter sind wegen der teilweisen Kompensation durch den N und 
P Kanal da gar nicht so schlecht mit der Kopplung. Mit so etwas wie 4053 
hätte man auch einen Umschalter und hätte nicht das Problem mit dem 
relativ hohen Wert von R2.

Wenn man den Synchrongleichrichter als eine Art Trägerfrequenzverstärker 
oder Lockin nutzen will, könnte man das Steuersignal auch per Arduino 
erzeugen. Es kommt dabei aber darauf an wie man es macht: ein PWM Signal 
kann z.B. recht stabil sein. Das Anregungssignal würde man dann ähnlich 
erzeugen, bzw. vom Gleich Pin gewinnen.

Der Komperator im µC und dann per Software den Schalte steuern ist eher 
keine so gute Idee. Zumindest bekommt man eine Verzögerung.

von Alexander (Gast)


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Vielen Dank Lurchi für die Antwort!

Dann wühle ich morgen mal nach einem 4053.

Bleibt nur die Frage, ob die digitale Frequenzerzeugung per Arduino 
tolerable Fehler erzeugt, da man ja auf Grund der begrenzten 
Taktfrequenz immer zwischen zwei ganzzahligen Teilern jener hin- und 
herschalten muss. D.h. bei 16 MHz Taktfrequenz sind es 62.5 ns 
Genauigkeit. Diese würden jedoch Frequenzabstufungen bei 30-40 kHz von 
der Größenordnung 100 Hz sein!

von Sabbernder Bartli (Gast)


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Der Term Synchrongleichrichter kommt von synchron. Dann ist die 
Frequenzaufloesung doch egal.

Sag doch einfach was das Ganze soll.

von asdfasd (Gast)


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Mal ne dumme Frage: Was für nen Sinn ergibt es, nen Rechtecksignal 
gleichzurichten?

von Alexander (Gast)


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Es geht darum, ein Sinus-Signal, das ca. 100 mal kleiner als das 
umgebende Rauschen ist, zu sehen. Deshalb wollte ich mit einem 
Rechtecksignal immer passend schalten, um frequenzsensitiv zu 
verstärken.

von Lurchi (Gast)


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Die Synchrongleichrichtung macht vor allem dann Sinn, wenn man die 
genaue Frequenz und auch die Phase des Signals kennt. Einfach nur die 
Frequenz per µC einstellen reicht da in der Regel nicht, wenn man damit 
nicht auch gleich die Anregung macht.

Wenn man die Frequenz nur ungefähr trifft, betrachtet man den 
Synchrongleichrichter besser als einen mixer und bekommt die 
Differenzfrequenz. Da ist es dann ggf. gar nicht gut die Frequenz so 
ungefähr zu treffen, denn dann hat man Signalfrequenz und die 
Spiegelfrequenz dicht zusammen. Man bekommt also i.A. das doppelte 
Rauschen.

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