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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Aus "stufigem" Sinus einen "geglätteten" Sinus machen (OP)


Autor: Marco Schramm (Gast)
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Hallo,

folgende Annahme:
Mit einem D/A-Wandler wird ein "feinstufiger" Sinus produziert. Dem
D/A-Wandler ist zu Verstärkungszwecken ein OP (invertierte Schaltung)
angeschlossen. Um den "feinstufigen Sinus " zu glätten (von seinen
Oberwellen) zu befreien bedarf es einen Tiefpaßes.

Kann man jetzt einfach einen Kondensator parallel zu dem
"Rückkopplungswiderstand " legen, um so eine Tiefpaß zu erlangen?

Die Sinuse haben umschaltbar die Frequenzen 1200Hz und 1800Hz.

Über Op´s gibt es eine Menge Seiten, aber wenns praktisch wird, findet
man aber sehr, sehr wenig. Deshalb bin ich noch nicht fündig geworden.


Gerne nehme ich auch Vorschläge auf, wie einfach ein nachgeschaltetes
R/C-Glied oder sogar 2. Dann bite, bitte aber mit einem Hint auf eine
verständliche und praktische Dimensionierung. Nur so kann man es
verstehen.

Ich zähl auf euch.

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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Um da einen konkreten Vorschlag machen zu koennen muss man die
Abtastrate des Signals wissen, also die Breite der Stufen, und die
Anforderungen an den Klirrfaktor. Wenn es nur "pi mal Daumen" sein
soll, probier's mit einem Tiefpass in Sallen-Key-Struktur (Google),
Grenzfrequenz vielleicht 3 kHz. Damit laesst sich auch eine
Verstaerkung realisieren, so dass du am Ende mit einem OP auskommen
solltest.

Autor: Marco Schramm (Gast)
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Entschluß: Wir schalten einen aktiven Filter 2ten Grades nach, dem
Verstärkungs Es steht nur eine positive Betriebsspannung von 10V zur
Verfügung. Der eigehende Sinus bewegt sich zwischen 1V und 4V.

Klirrfaktor: Wir arbeiten nur im positiven Bereich ohne große
Aussteuerung. -> zu vernachlässigen

Die 1te Harmonische (ist das 3*1800Hz?) muß schon bedämpft sein.

Da wir nicht mehr verstärken müssen, kommt jeder aktive Tiefpaß 2ter
Ordnung in Frage.

Zusatzbedingung: Standard-Einfach-OP
Vorschläge?

Frage: Was ist mit einem Gleichspannungsanteil. Wird dieser 1 zu 1
durch den TP durchgereicht. Müßte doch so sein, oder?

Autor: Björn (Gast)
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Autor: Heinz Schenk (Gast)
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So aus'm Stand. Wie sieht es mit BP  1er Ordnung mit 1500Hz
Mittenfrequenz aus?
Dann sind 1200/1800 Hz um 3db (auf 70,7%) gedämpft. Höhere Frequenzen
(die Ecken) also deutlich mehr.
Evtl. Pegel dann wieder verstärken. Geht bestimmt sogar mit einem OP.

Finde im Moment nur was im TS (8. Auflage, S.418 Abb. 14.32 hab' iM
nix zum scannen).

Ist aber R-C als TP geschaltet, dann eine Spannungsfolger zum
entkoppeln, gefolgt von einem HP.

Bin mal auf die Vürschläge der anderen gespannt.


ts

Autor: Björn (Gast)
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Das was du machen willst ist ein ein ganz stink normaler
Interploationstiefpass, denn man immer an einem DA braucht, das lässt
sich alles relativ leicht betimmen!
Ein Bandpaß geht doch nicht, da er doch auch einen Gleichspannunganteil
im Signal hat

Autor: Schoasch (Gast)
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Ähm... nur mal so eine Frage...Kann ein OPV im invertierenden betrieb
überhaubt funktioniern, wenn der nur eine Versorgungspannung hat oder
gibts eine virtuelle Masse?

Autor: Heinz Schenk (Gast)
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@Björn

hört sich vernünftig an mit dem Gleichspannungsanteil.

Aber wie auch immer, ein TP ist immer ein Integrierer, und wie willst
Du dem den Gleichspannungsanteil anbieten, den er aber bitteschön nicht
mitzurechnen hat?

Mach' ma'n Vorschlag.

ts

Autor: TravelRec. (Gast)
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>>Ähm... nur mal so eine Frage...Kann ein OPV im invertierenden
>>betrieb überhaubt funktioniern, wenn der nur eine
>>Versorgungspannung hat oder gibts eine virtuelle Masse?

Wenn Du den nichtinvertierenden Eingang mittels Spannungsteiler auf
halbe Betriebsspannung anhebst, geht das.

Autor: Marco Schramm (Gast)
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Jetzt geht es aber ein wenig durcheinander:

Nochmal zum Klarstellen.

An dem D/A-Wandler ist ein OP angeschlossen (invertiert, unsymmetrische
Versorgungsspannung: 0Vss 10Vdd). Der D/A-Wandler soll im
"Ruhezustand"  (z.B. angesteurt mit 00100000b) einen Ausgangspegel
von 2,5V haben. Meinen Sinus berechne ich symmetrisch um diese 2,5V. Er
bewegt sich dann zwischen z.B. 1V und 4V). Der nachgeschaltete O/P (nur
Verstärkung 1) hat die Aufgabe, den Ausgang des D/A-Wandlers von
Belastungen freizuhalten. Mit der Verstärkung 1 liegt also am Ausgang
des D/A-Wandler das gleiche Signal an, nämlich zwischen 1V und 4V.

Jetzt soll geglättet werden.
Vorschlag: Tiefpaß 2ter Ordnung mit Grenzfrequenz 2kHz

Auf der Seite
http://www.softwaredidaktik.de/filter/filterschaltungen.htm

gibt es mögliche Filterschaltungen. Da ich das Programm nicht habe und
nur einmal solch einen Tiefpaß benötige, frage ich hier nach
den notwendigen Bauteilwerten.
Es kann ein Bessel oder Butterworth-Tiefpaß sein.

Wenn ich den idealen OP nehme, weiß ich halt nicht, wie dicht der z.B.
an die Werte des  TL081 rankommt.

Autor: Rahul (Gast)
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In der Regel gibt es in den Datenblättern zu OPV auch
Anwendungsbespiele. (Schon mal geguckt, ob ein TP 2.Ordnung da
vielleicht auftaucht?)

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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> Klirrfaktor: Wir arbeiten nur im positiven Bereich ohne große
> Aussteuerung. -> zu vernachlässigen

Ich meinte den gewuenschten Klirrfaktor des Sinus nach der Filterung.

> Die 1te Harmonische (ist das 3*1800Hz?) muß schon bedämpft sein.

Bedaempft wird alles, worauf es ankommt ist was wie stark bedaempft
wird. Bei 3*f0 wirst du aber mit Sicherheit sowieso keine Signalanteile
haben.

> Da wir nicht mehr verstärken müssen, kommt jeder aktive Tiefpaß
> 2ter Ordnung in Frage.

Wie bereits geschrieben kannst du dir den zweiten OP sparen, da sich
Gain und FIlterung mit einem einzigen OP-Amp erledigen lassen.

> Vorschläge?

Wie ebenfalls bereits geschrieben: Sallen-Key. Bestes
Aufwand/Nutzen-Verhaeltnis.

> Jetzt geht es aber ein wenig durcheinander

Kein Wunder, bei so unpraezisen Angaben. Das einzige worauf es wirklich
ankommt hast du immer noch nicht verraten: wie gross ist die Abtastrate?

Autor: Marco Schramm (Gast)
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Mit Abtastrate meinst du sicherlich die frequenz, mit der der
D/A-Wandler mit neuen Bitkombinationen gefüttert wird. Hier nehme ich
einfach an, daß ich über den Daumen einen Quadranten mit 25 Werten
darstelle. -> ein kompletter Sinus mit f = 1kHz : 4 mal 25 Werte = 100
Werte. -> Änderungsrate 100kHz (kann man das Abtastrate nennen?)

Diese 100kHz würden meiner meinung nach auf alle Fälle durch einen
Tiefpaß 2ter ordnung mit fg:=2kHz ausreichend bedämpft.

Jetzt kommt aber mein Problem:
Mein D/A-Sinus ist stufig und den will ich glätten!

Zum Thema Klirrfaktor: Den kann ich doch nicht angeben, da man beim
Klirrfaktor doch Ein- und Ausgangssignal vergleicht. Und hier schicke
ich was schlechters (stufíg)in meinen OP rein als rauskommt
(geglättet). Das wäre dann ja theoretisch ein negativer Klirrfaktor.
Ich habe ja verbessert ???!!! oder?

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Zum Thema Klirrfaktor: Den kann ich doch nicht angeben, da man beim
> Klirrfaktor doch Ein- und Ausgangssignal vergleicht. Und hier
schicke
> ich was schlechters (stufíg)in meinen OP rein als rauskommt
> (geglättet). Das wäre dann ja theoretisch ein negativer Klirrfaktor.
> Ich habe ja verbessert ???!!! oder?

Das solltest du dir nochmal anschauen.

Kliirfaktor (oder Total Harmonic Distortion = THD) ist nichts anderes
als das Verhältnis von Amplitude Grundwelle zu Summe Amplituden der
Oberwellen.
(Klirrfakttor und THD sind definitionsgemäss nicht das Gleiche, geben
aber den gleichen Sachverhalt wieder)

Ergo. Viele Oberwellen -> hoher Klirrfaktor. Der Sinus sieht eben nicht
mehr aus wie ein Sinus, da noch höherfrequente Anteile vorkommen.

Was Andreas im Prinzip wissen möchte ist, wie rein soll dein Sinus
sein. Wie viele Oberwellen dürfen enthalten sein.
Wenn du das festgelegt hast kann man danach Ordnung und Grenzfrequenz
des Filters festlegen.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

wenn ich mich richtig an eine früher Frage erinnere sind die Signale
für eine FSK-Modulation oder? Dann ist ein Bandpass für 1500Hz
richtig.
Ganz einfach geht das mit einem RC-Tiefpass gefolgt von einem Buffer
mit einem RC-Hochpass. Berechnet nach f=1/(2pi*R*C)

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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> Änderungsrate 100kHz (kann man das Abtastrate nennen?)

Ja.

> Diese 100kHz würden meiner meinung nach auf alle Fälle durch
> einen Tiefpaß 2ter ordnung mit fg:=2kHz ausreichend bedämpft.

Ja. Bei 100 kHz Abtastrate treten die ersten Stoeranteile theoretisch
bei (100 kHz - 1.8 kHz) = 98.2 kHz auf, da sollte ein Filter 2. Ordnung
mehr als ausreichen. Grenzfrequenz von 2 kHz ist aber sehr niedrig
gewaehlt, da wird die Grundwelle schon ordentlich gedaempft.

Aber da scheint es noch ein Verstaendnisproblem zu geben:

> Jetzt kommt aber mein Problem:
> Mein D/A-Sinus ist stufig und den will ich glätten!

Wenn die durch die Abtastung erzeugten Oberwellen weggefiltert sind,
dann ist dein Sinus eben nicht mehr stufig!

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