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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Enevelope Detector (Hüllkurvendemodulator) - Verständnisfrage


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Autor: Frederik (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich habe mal ein paar Fragen zum Envelope Detector, bzw. 
Hüllkurvendemodulator. Ich habe ihn in zwei Varianten gesehen, einmal 
mit einem Serienwiderstand zwischen OP und Kondensator und einmal ohne. 
Zu beiden Varianten habe ich ein Bild angehängt.

Benötigt der OP hier prinzipiell nicht unbedingt den Widerstand? Eine 
kapazitive Last ist generell ja meist ein Problem bei einem OP. Oder 
liegt es an der Art der Regelung, da der OP den Kondensator hier nur 
solange auflädt, bis die Spannung der an seinem Eingang gleicht und 
somit keine dauerhafte Regelung stattfindet, welche zum Schwingen führen 
könnte? Dennoch ist der Kondensator ja quasi ein Kurzschluss, oder 
nicht?

Bei der Variante mit Serienwiderstand frage ich mich, ob der OP bei 
einer sinusförmigen Eingangsspannung jemals den Spitzenwert erreichen 
kann, da die Ladekurve aus dem Serienwiderstand und dem Kondensator 
stets eine Verzögerung hereinbringt.

Könnte in beiden Fällen hier nicht auch ein Komparator anstelle eines 
OPs verwendet werden? Im ersten Fall, da der OP auch durch seinen 
Innenwiderstand niemals unendlich schnell Laden könnte und sein Ausgang 
demnach eh in Vollausschlag geht? Das auch beim zweiten Fall, da der 
Serienwiderstand mit dem Kondensator den Spannungssprung noch viel mehr 
verhindert und somit der Ausgang in der Sättigung sein wird?

Wo liegen also die Vor-/Nachteile der beiden Varianten?

Gruß und danke!

: Verschoben durch Moderator
Autor: Frederik (Gast)
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Sorry, vielleicht hätte ich das in Analogtechnik posten sollen.

Autor: Superschlumpf (Gast)
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> Könnte in beiden Fällen hier nicht auch ein Komparator anstelle eines
> OPs verwendet werden?

Schliess mal die Diode kurz. Dann bleibt ein Spannungsfolger uebrig.
Kann man Spannungsfolger mit einem Komparator zusammenbauen?

Und jetzt denkst du dir nochmal den Kondensator weg.
Wuerde der Widerstamd bei einem Spannungsfolger stoeren?

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

laß doch mal den OPV ganz weg. Was dann übrig bleibt ist der 
Hüllkurvendemodulator. Der OPV behebt nur den Nachteil, daß Dioden eine 
Flußspannung haben, unter der sie nicht wirklich leiten.
Der OPV kompensiert einfach nur die Flußspannung, damit die 
Ausgangsspannung hinter der Diode möglichst exakt der Eingangsspannung 
folgt.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Frederik schrieb:
> Benötigt der OP hier prinzipiell nicht unbedingt den Widerstand?
Du hast hier schematische Pläne gepostet, die keinen Anspruch auf 
Vollständigkeit und Stabilität haben. So ist die Schaltung eigentlich 
generell nicht funktionsfähig, weil der OP nicht versorgt ist.

> Bei der Variante mit Serienwiderstand frage ich mich, ob der OP bei
> einer sinusförmigen Eingangsspannung jemals den Spitzenwert erreichen
> kann, da die Ladekurve aus dem Serienwiderstand und dem Kondensator
> stets eine Verzögerung hereinbringt.
Du must nur die Frequenz der Sinusspannung hinreichend niedrig wählen. 
Wie gesagt: das ist ein schematische Darstellung, die einige Dinge 
ignoriert und von partiell idealen Bauteilen ausgeht.
Z.B. geht die Schaltung auch davon aus, dass der ausgang des OP schnell 
genug aus der negativen Sättigung herauskommt, in die er geschicht wird, 
wenn die Eingangsspanung kleiner als die Spannung am Ausgang ist.

> Könnte in beiden Fällen hier nicht auch ein Komparator anstelle eines
> OPs verwendet werden?
Komparatoren sind prinzipiell nichts anders als spezielle OP, u.U. mit 
speziellen asymmetrischen Ausgangsstufen...

Autor: ssssssssssssss (Gast)
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Fragesteller sollte seine Schaltungen korrekterweise statt 
"Hüllkurvendetektor" eben "Spitzenwertdetektor" nennen. Und zwar nur für 
den positiven Spitzenwert. " Längst nicht mehr gängige", "leicht 
angestaubte" Operationsverstärker wie der uralte 741, aber auch spätere, 
"modernere" OPVs wie RC4558, NE5532, LM324 vertragen keine 
niederohmigere Ausgangsbelastung als etwa 2 Kiloohm. Daher der 
Serienwiderstand, weil der Kondensator, wie schon richtig erkannt, bei 
jedem "Nachladen" eine zu niedrige Impedanz darstellt. In der Regel 
reagieren die OPVs darauf mit kurzzeitiger Schwingneigung ("ringing"). 
Da die angegebenen Schaltungen nur "laden" können, braucht es eben auch 
einen "Entladewiderstand" , daraus ergibt dich dann eine Zeitkonstante. 
Search for "peak level detector", "attack and decay time", "release 
time".

Autor: Frederik (Gast)
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Danke schonmal für eure Antworten!

Ich habe die Schaltung jetzt mal mit TINA simuliert und angehangen.
In der Simulation ist mein ursprünglicher Gedanke bezüglich des 
Komparators ersichtlich. Mit dem Serienwiderstand folgt der Ausgang dem 
angelegten Sinus nicht mehr, sondern der Ausgang des OPs kippt auf 
Vollausschlag positiv und negativ. Natürlich wird der Kondensator nur in 
der positiven Halbwelle geladen - hier bewirkt die Zeitkonstante während 
der Ladephase nur ein sehr verzögertes Annähern an den Eingangswert.

Der Sinus ist hier 5kHz, der Tiefpass am Ausgang hat eine Grenzfrequenz 
von rund 340Hz. Bei einer Eingangsfrequenz im 100Hz-Bereich folgt das 
Signal dann natürlich dem Eingang.

Sorry - mit konkreten Werten ist mein Gedankengang vielleicht etwas 
besser nachvollziehbar. Eine andere Dimensionierung bewirkt natürlich 
auch ein anderes Verhalten. Das war auf jeden Fall mein Gedanke mit dem 
Komparator anstelle des OPs.

Und der Peak-Level-Detector trifft es dann wohl eher, ja.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Frederik schrieb:
> Mit dem Serienwiderstand folgt der Ausgang dem angelegten Sinus nicht mehr
1. das tut er auch schon ohne Widerstand nicht....
2. denn der ist viel zu hochohmig... ;-)
3. die Versorgungspanung ist zu niedrig, der Augang des OPs kann bei 7V 
Versorgung die nötigen 5,7V gar nicht zuverlässig ausgeben, zum Laden 
des Kondensators bleibt damit eh' nichts mehr übrig. Schon bei 10k Last 
kommt der nur mit Ach&Krach auf 5,5V. Und die hier verwendeten 4k7 sind 
relativ näher an 2k2, wo gerade noch Vcc-5V garantiert werden :-o
Schließ da mal +15V an...

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

vielleicht habe ich ja jetzt ein Verständnisproblem: ein 
Hüllkurvendemodulator ist für mich eben das: ein Demodulator für 
Amplitudenmodulation.

Wenn dort konstannte 5kHz reingehen hat hinten eine konstante Spannung 
rauszukommen, die (meist) dem Spitzenwert des 5kHz Trägers entspricht.
Wenn ich die Amplitude der 5kHz ändere, will ich diese Änderung 
möglichst unverfälscht in meiner Ausgangsspannung haben, während die 
5kHz dort garnicht auftauchen sollen.
Wenn ich jetzt den 5kHz-Pegel z.B. mit 10Hz Sinus im Pegel ändere sollen 
genau diese 10Hz hinten wieder rauskommen.
Das kann mit einem Komparator schlecht gehen, wie ich oben schon schrieb 
kann man den OPV weglassen. Hat ja jeder AM-Demodulator fürher so 
gemacht.
nachteil ist dann, daß bei kleinen Amplituden des Trägers hinten 0V 
rausbekommt und bei größeren der Bereich ab 0V stark nichtlinear ist.
Nur deshalb nutzt man den OPV im Präzisionsgleichrichter, so heißt seine 
obige Schaltung nicht ganz ohne Grund.

Zum Spitzenwertgleichrichter wird sie durch den Kondensator parallel zur 
Ausgangsspannung.

Gruß aus Berlin
Michael

: Bearbeitet durch User
Autor: ssssssssssssss (Gast)
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Für "Amiga":

Ein Komparator kennt - per Definition - an seinem Ausgang nur die 
Zustände "an/aus" oder "high/low", im Gegensatz zum OPV der beliebige, 
analoge Zwischenwerte liefern darf. Fragesteller bitte nicht 
verunsichern.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

ssssssssssssss schrieb:
> Fragesteller bitte nicht
> verunsichern.

auch dann nicht, wenn der Fragesteller und mehrere Poster offenbar 
ganicht wissen, was die Schaltung darstellt und machen soll?

ok, ich halte mich wohl raus.

Gruß aus berlin
Michael

Autor: Frederik (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Schließ da mal +15V an...

OK, das war gegen die Datenblattangaben. Mit 15V geht er am Anfang in 
die Sättigung und danach gibt es kurze Spikes.

Michael U. schrieb:
> Das kann mit einem Komparator schlecht gehen

Ja OK, mein System hat die Bezeichnung Hüllkurvendemodulator in dieser 
Konfiguration einfach nicht mehr verdient.  Der Komparator geht nur bei 
a) großer Zeitkonstante von R1C1 oder bei relativ kleinem R2 und der 
dadurch schnelleren Entladung. Siehe zweites Bild mit R2 von 10k anstatt 
470k.

Autor: tttttttttttttuuuuuuuuuuuvvvvvvvvwwwwwww (Gast)
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ssssssssssssss schrieb:
> Ein Komparator kennt - per Definition - an seinem Ausgang nur die
> Zustände "an/aus" oder "high/low", im Gegensatz zum OPV der beliebige,
> analoge Zwischenwerte liefern darf.

Hier 
http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/amplifiers-as-comparators.html 
schreiben sie, dass Komparatoren kleinere Recovery-Zeiten haben und in 
manchen Fällen ein Off-Label-Use möglich ist.
Besonders ältere Komparatoren hatten im Datenblatt auch ein Beispiel als 
Linearverstärker...

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