Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Maximum von n analogen Signalen


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von Rudolf (Gast)


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Hallo,
suche einen fertigen Baustein oder eine Schaltung, die mir aus 5 
analogen Eingangssignalen zwischen 0V und 5V (z.b. 0.13V, 1.1V, 2,43V, 
1,78V, 4.8V, ...) die Spannung ausgibt, die von den 5 am größten ist.
Am besten ohne Spannungverlust, in diesem Fall wäre die Schaltung 
nämlich mit Dioden umsetzbar.

Gibt es so etwas?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Rudolf schrieb:
> Hallo,
> suche einen fertigen Baustein oder eine Schaltung, die mir aus 5
> analogen Eingangssignalen zwischen 0V und 5V (z.b. 0.13V, 1.1V, 2,43V,
> 1,78V, 4.8V, ...) die Spannung ausgibt, die von den 5 am größten ist.

Das ist eine Standardschaltung aus der Analogrechentechnik

https://www.google.com/search?q=maximalwertbildner+opv&tbm=isch

von Peter M. (r2d3)


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Rudolf schrieb:
> Gibt es so etwas?

Das weiß ich nicht.

Einfach per Operationsverstärker bzw. Komparator vergleichen.

Vergleiche Signal 1 und 2 und leite das stärkere Signal durch (Relais 
oder MOSFET)

Dieses Signal vergleichst Du mit Signal 3 und leitest wiederum das 
stärkere Signal durch.
Nach dem Prinzip vergleichst Du jedes neue Signal mit dem alten Maximum.

von Zeno (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Rudolf schrieb:
>> Hallo,
>> suche einen fertigen Baustein oder eine Schaltung, die mir aus 5
>> analogen Eingangssignalen zwischen 0V und 5V (z.b. 0.13V, 1.1V, 2,43V,
>> 1,78V, 4.8V, ...) die Spannung ausgibt, die von den 5 am größten ist.
>
> Das ist eine Standardschaltung aus der Analogrechentechnik
>
> https://www.google.com/search?q=maximalwertbildner+opv&tbm=isch

Er möchte nicht die Summe der Spannungen ermitteln, sondern den 
Maximalwert von den 5 Spannungen. In seinem Beispiel wäre das der 5. 
Wert mit 4.8V.

Der TO müßte allerdings noch spezifizieren wie die Spannungen erzeugt 
werden. Ist das nur eine Quelle die über die Zeit verschiedene 
Spannungswerte annimmt oder sind es 5 unabhängige Kanäle und er möchte 
nur immer den höchsten von diesen haben.

von Rudolf (Gast)


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>Der TO müßte allerdings noch spezifizieren wie die Spannungen erzeugt
>werden. Ist das nur eine Quelle die über die Zeit verschiedene
>Spannungswerte annimmt oder sind es 5 unabhängige Kanäle und er möchte
>nur immer den höchsten von diesen haben.

5 verschiedene Spannungen, die mit einer Frequenz von ca 7,8 kHz ihre 
Spannungen unabhängig von einander ändern, jeweils auf GND referenziert.
Es soll also mindestens alle 1/7800 s die größte der 5 Spannungen 
ermittelt werden.

Die 5 Spannungen werden von jeweils einem Ausgang eines OPV's erzeugt

von Harlekin (Gast)


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Jedes analoge Signal über eine Spitzengleichrichter auf einen 
gemeinsamen Kondensator führen. Die Kondensatorspannung mit einem 
Spannungsfolger messen. Mit einem Schalter (FET, Transistor) periodisch 
den Kondensator entleeren.

Siehe Kapitel "4.3 Spitzenwertgleichrichter" auf folgender Seite:
https://www.loetstelle.net/grundlagen/operationsverstaerker/opamp_4.html

von Harlekin (Gast)


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Harlekin schrieb:
> Jedes analoge Signal über eine Spitzengleichrichter auf einen
> gemeinsamen Kondensator führen. Die Kondensatorspannung mit einem
> Spannungsfolger messen. Mit einem Schalter (FET, Transistor) periodisch
> den Kondensator entleeren.

Ich frage mich gerade, eigentlich könnte man den Kondensator durch einen 
Widerstand ersetzen.

von Michael B. (laberkopp)


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Rudolf schrieb:
> Gibt es so etwas?

Als fertiges Bauteil ?
Wohl am einfachsten ein uC mit Analogeingängen und einem echten DAC 
Ausgang, z.B. ATTiny817 wenn 8 bit reichen.

> wie kann man Analog das Maximum mehrerer Spannungen finden ?

Analoge Maximalwertschaltung:
1
In1 --+------------+
2
      |            |
3
      | TLC3701 +-----+ CD4053
4
      +--|+\    |  B  |
5
         |  >---|S   X|-- max(In1,In2)
6
      +--|-/    |  A  |
7
      |         +-----+
8
      |            |
9
In2 --+------------+
Von: Axel Schwenke 09.12.2015
1
                  |\ 
2
U1 --|>|--+-------|+\
3
          |       |  >--+-- U_max
4
U2 --|>|--+     +-|-/   |
5
          |     | |/    |
6
U3 --|>|--+     |       | 
7
          |     +--|<|--+ Dioden idealerweise thermisch gekoppelt
8
          |     |
9
          R     R
10
          |     |
11
          +-----+--- -Vcc
Von: Der Zahn der Zeit 23.11.2018
1
U1 --|+\
2
     |  >--|>|--+-- U_max
3
  +--|-/        |
4
  |             |
5
  +-------------+
6
                |
7
U2 --|+\        |
8
     |  >--|>|--+
9
  +--|-/        |
10
  |             |
11
  +-------------+
12
                |
13
U3 --|+\        |
14
     |  >--|>|--+
15
  +--|-/        |
16
  |             |
17
  +-------------+
18
                |
19
                R
20
                |
21
               V-

von J. Zimmermann (Gast)


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Rudolf schrieb:
> Am besten ohne Spannungverlust, in diesem Fall wäre die Schaltung
> nämlich mit Dioden umsetzbar.

Wenn ein paar mV nicht stören: Stichwort Ideal Diodes.
mfg
Achim

von georg (Gast)


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Rudolf schrieb:
> die Spannung ausgibt, die von den 5 am größten ist

Grundschaltung ist ein Komparator und ein Analogschalter, so erhält man 
von 2 Spannungen die grössere.

Das kaskadiert man nach Bedarf, z.B für U1 und U2 -> U12, und U3 und U4 
-> U34. Weiter U12 und U34 -> U1234, dann noch ein Vergleicher U1234 und 
U5. In dem Fall braucht man also 4 Komparatoren und 4 Schalter.

Georg

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Ähnlich wie

Michael B. schrieb:
> Von: Der Zahn der Zeit 23.11.2018

aber mit einem Opamp weniger, so dass auch für 5 Eingänge 1 IC
(Quad-Opamp) ausreicht. Nachteil: Man braucht Opamps mit hoher
Slew-Rate, sonst kommt es an den Umschaltpunkten zu Glitches.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Zeno schrieb:
> Axel S. schrieb:

>> Das ist eine Standardschaltung aus der Analogrechentechnik
>>
>> https://www.google.com/search?q=maximalwertbildner+opv&tbm=isch
>
> Er möchte nicht die Summe der Spannungen ermitteln, sondern den
> Maximalwert von den 5 Spannungen.

Ja. Genau das macht ein Maximalwertbildner. Im Prinzip sind das n OPV, 
die als Einweggleichrichter bzw. "ideale Diode" beschaltet sind und 
deren Ausgänge direkt verbunden sind. Summiert wird da gar nichts. Wenn 
da noch ein OPV dahinter ist, dann als Impedanzwandler.

von Rudolf (Gast)


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Vielen Dank für die Lösungsvorschläge!
Werde davon einige ausprobieren

von Zeno (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Ja. Genau das macht ein Maximalwertbildner. Im Prinzip sind das n OPV,
> die als Einweggleichrichter bzw. "ideale Diode" beschaltet sind und
> deren Ausgänge direkt verbunden sind. Summiert wird da gar nichts. Wenn
> da noch ein OPV dahinter ist, dann als Impedanzwandler.

Ich hatte nur den ersten Teil des Beitrages gesehen und da war der 
Maximalwertbilder nicht dabei, deshalb mein Einwand. Hab jetzt mal den 
kompletten Beitrag gelesen und habe dann den Maximalwertbilder gesehen.

Ich beschäftige mich gerade intensiv mit Analogrechentechnik und da sind 
Maximalwertbilder eher unüblich. Im Analogrechenbereich werden solche 
Aufgaben meist mit offenen Verstärkern (Komperatoren) erledigt. Wenn man 
die maximale analoge Spannung haben will, dann wird dies mit einem durch 
den Komperator gesteuerten Schalter erledigt. Im Prinzip so wie von 
Georg beschrieben.
Ist zwar jetzt etwas Offtopic, möchte es aber dennoch erwähnen. Im 
Analogrechenbereich werden durchaus nicht alle elektronisch 
modellierbaren Operationen durch Rechenelemente abgebildet. 
Beispielsweise werden i.d.R. keine Differenzierer eingesetzt, obwohl das 
schaltungstechnisch einfach realisierbar wäre. Differentiation wird über 
Integration gelöst. Ebenso werden keine Subtrahierer eingesetzt, obwohl 
sich das schaltungstechnisch einfach umsetzen läßt.

von Zeno (Gast)


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@Axel

Noch ein kleiner Nachtrag:
Der Maximalwertbildner hat einen entscheidenden Nachteil, weil er nur 
mit positiven Eingangsspannungen funktioniert. Dies ist sicher auch der 
Grund, weshalb diese Schaltung beim Analogrechner eher nicht eingesetzt 
wird.
Mit einem Komparator hingegen ist die Polarität egal.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Zeno schrieb:
> Wenn man die maximale analoge Spannung haben will, dann wird
> dies mit einem durch den Komperator gesteuerten Schalter erledigt.

Interessante Gedankenspielerei. Wie ich das sehe, braucht man also für n 
Eingänge n*(n-1)/2 Komparatoren, n Und-Gatter mit je n Eingängen und n 
Schalter. (Oder gibt es eine ökonomischere Lösungsmöglichkeit für die 
Logik?) Erheblich schneller als die Lösung mit Op-Amps wäre eine solche 
Schaltung sicherlich. Komparatoren, Gatter und Schalter können leicht im 
ns-Bereich agieren, aber um mit Op-Amps nur in die Näher davon zu 
kommen, muss man sich schon mächtig Mühe geben.

> Der Maximalwertbildner hat einen entscheidenden Nachteil, weil er nur
> mit positiven Eingangsspannungen funktioniert.
Das ist aber falsch, alle obigen Schaltungen arbeiten auch mit negativen 
Spannungen korrekt.

von georg (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Wie ich das sehe, braucht man also für n
> Eingänge n*(n-1)/2 Komparatoren, n Und-Gatter mit je n Eingängen und n
> Schalter

Siehe meinen obigen Beitrag - als Grundschaltung für 2 Eingänge dient 
ein Komparator und ein Analog-Umschalter. Die kaskadiert man nach Bedarf 
zusammen, also z.B. für 4 Eingänge 2 solche Einheiten und eine 3. die 
die beiden Ausgänge bekommt. Also für n = 4: 3 Komparatoren, 3 
Analogschalter, kein Gatter.

Nach deiner Rechnung 6 Komparatoren, 4 Schalter und 4 Und-Gatter.

Georg

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Stimmt. Geht auch. Nicht ganz so schnell, aber darum geht es ja gar 
nicht.

von Zeno (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
>> Der Maximalwertbildner hat einen entscheidenden Nachteil, weil er nur
>> mit positiven Eingangsspannungen funktioniert.
> Das ist aber falsch, alle obigen Schaltungen arbeiten auch mit negativen
> Spannungen korrekt.

Nein der Maximalwertbilder mit den Dioden funktioniert nur mit positiven 
Spannungen - kannste hier 
https://studylibde.com/doc/6520662/2.-lineare-und-nichtlineare-analogrechenschaltungen 
nach lesen (mußt ein bischen nach unten scrollen).
Bei negativen Spannungen wird ein Ausgangssignal von 0V generiert. Die 
Bedingung ist sogar das mindestens 1 Eingang zu jedem Zeitpunkt positiv 
sein muß.
Georg hat es richtig erläutert es geht mit Komparatoren und 
Anlogschaltern. Der Analogschalter darf auch ein Relais sein - wird in 
klassischen Analogrechnern so gemacht. Schau mal hier 
http://www.analogmuseum.org/library/din_40700.pdf das Symbol Nr.34. Für 
den vom TO gewünschten Einsatz werden halt nur 2 Eingangssignale 
miteinander verglichen. Zusätzlich werden die Eingangssignale noch mit 
Y1 bzw. Y2 verbunden. Bei richtiger Beschaltung wird dann das jeweils 
größte an den Ausgang Y durchgeschalten. Um aus 5 Eingangssignalen das 
größte zu ermitteln muß dieser Komparator 4x kaskadiert werden.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Zeno schrieb:
> Nein der Maximalwertbilder mit den Dioden funktioniert nur mit positiven
> Spannungen - kannste hier
> 
https://studylibde.com/doc/6520662/2.-lineare-und-nichtlineare-analogrechenschaltungen
> nach lesen (mußt ein bischen nach unten scrollen).
> Bei negativen Spannungen wird ein Ausgangssignal von 0V generiert. Die
> Bedingung ist sogar das mindestens 1 Eingang zu jedem Zeitpunkt positiv
> sein muß.

Die Schaltung funktioniert auch mit negativen Eingangsspannungen, wenn
man das Referenzpotential am nichtinvertierenden Eingang der Opamps
ebenfalls negativ macht. Man muss allerdings beachten, dass durch diese
Maßnahme die Opamps weiter in den negativen Bereich ausgesteuert werden,
weswegen ggf. auch die negative Versorgungsspannung nach unten erweitert
werden muss.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Welche Schaltung meist du? Die auf Seite 29? Das ist keine von den 
Schaltungen, die oben skizziert sind. Die kann auch nicht negativ. 
Obendrein invertiert die Schaltung auf S. 29 auch noch, und das wurde 
nicht einmal erwähnt.

Eine andere Maximalwertbildende Schaltung habe ich in deinem Link nicht 
gefunden.

Ich kann dir gerne erklären, welche Spannung sich an welchem Punkt in 
den obigen Schaltungen einstellt, wenn man z. B. mehrere negative 
Eingangsspannungen anlegt. Aber das müsstest du eigentlich auch selber 
können.

Yalu X. schrieb:
> Man muss allerdings beachten, dass durch diese
> Maßnahme die Opamps weiter in den negativen Bereich ausgesteuert werden,
> weswegen ggf. auch die negative Versorgungsspannung nach unten erweitert
> werden muss.
Natürlich muss es überhaupt eine negative Versorgungsspannung geben. Das 
halte ich für trivial. Und auch, dass die gezeichneten Widerstände R, 
wie in den Skizzen, an die negative Versorgungsspannung angeschlossen 
sind.

von Zeno (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Welche Schaltung meist du? Die auf Seite 29? Das ist keine von den
> Schaltungen, die oben skizziert sind. Die kann auch nicht negativ.
> Obendrein invertiert die Schaltung auf S. 29 auch noch, und das wurde
> nicht einmal erwähnt.

Bis S.29 geht doch der Link gar nicht. Ich rede von der Schaltung auf 
S.11


Yalu X. schrieb:
> Die Schaltung funktioniert auch mit negativen Eingangsspannungen, wenn
> man das Referenzpotential am nichtinvertierenden Eingang der Opamps
> ebenfalls negativ macht.

Dann ist die Schaltung aber nicht mehr für Analogrechner geeignet

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Zeno schrieb:
> Yalu X. schrieb:
>> Die Schaltung funktioniert auch mit negativen Eingangsspannungen, wenn
>> man das Referenzpotential am nichtinvertierenden Eingang der Opamps
>> ebenfalls negativ macht.
>
> Dann ist die Schaltung aber nicht mehr für Analogrechner geeignet

Warum nicht (ich kenne mich in der Analogrechentechnik leider nicht so
gut aus)?

Du schreibst "nicht mehr ... geeignet". War sie es den vorher (also
ohne die negative Spannung)?

Deiner Aussage nach ja auch nicht:

Zeno schrieb:
> Der Maximalwertbildner hat einen entscheidenden Nachteil, weil er nur
> mit positiven Eingangsspannungen funktioniert. Dies ist sicher auch der
> Grund, weshalb diese Schaltung beim Analogrechner eher nicht eingesetzt
> wird.

Also ist sie schon aus Prinzip nicht für Analogrechner geeignet, egal in
welcher Variante?

Wieso ist sie dann im Kapitel

  "Lineare und nichtlineare Analogrechenschaltungen"

des von dir selber verlinkten Buchs aufgeführt, und wieso der auf
Komparatoren und (Analog-)Schaltern basierende Maximalwertbildner nicht?

Aber selbst wenn das Buch nicht recht haben sollte:

Hat Rodolf irgendwo geschrieben, dass er einen Analogrechner bauen will?
Er will doch einfach nur das Maximum von fünf Spannungspegeln ermitteln.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Zeno schrieb:
> Bis S.29 geht doch der Link gar nicht. Ich rede von der Schaltung auf
> S.11
Dann schau doch mal, was unten rechts auf dem "Blatt" neben dem Text G.
> Schenke, 6.2008    Industrieelektronik           FB Technik, Abt . E+I
steht, wenn in dem Menü-Feld die 11 erscheint. Das ist die Seite und die 
Schaltung, die wir beide meinen.

Yalu X. schrieb:
>> Dann ist die Schaltung aber nicht mehr für Analogrechner geeignet
>
> Warum nicht (ich kenne mich in der Analogrechentechnik leider nicht so
> gut aus)?
Vielleicht, weil es auf dem Stöpselfeld des Analogrechners keine Buchse 
für V- gibt? Na, aber eine negative Konstantspannung kann man doch 
einstellen!

Zeno, ich fürchte, du hast dich verrannt. Kann jedem mal passieren.

von Zeno (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Vielleicht, weil es auf dem Stöpselfeld des Analogrechners keine Buchse
> für V- gibt? Na, aber eine negative Konstantspannung kann man doch
> einstellen!

Doch diese Buchse gibt es. Der Rechenbereich eines Analogrechners geht 
von -1 bis +1. Wie groß eine Recheneinheit des Analogrechners ist hängt 
vom Aufbau des Rechners ab. Ich baue gerade einen Analogrechner mit 
Röhren und einen mit IC's. Bei ersterem ist die Recheneinheit 50V, d.h. 
der verarbeitbare Spannungsbereich geht von -50V bis +50V. Was über 
diesen Bereich hinaus geht bedeutet Überlauf. Der IC Rechner arbeitet 
mit +/-10V. Bei jedem Analogrechner kann man diese negative und positive 
Recheneinheit auf dem Patchfeld abgreifen.

Yalu X. schrieb:
> Du schreibst "nicht mehr ... geeignet". War sie es den vorher (also
> ohne die negative Spannung)?

Nein auch ohne diese negative Spannung ist diese Schaltung für den 
Analogrechner ungeeignet - ist zu mindest meine Meinung. Die 
Rechenelemente sollten zumindest eingangseitig den gesamten 
Rechenbereich von -1 bis +1 ohne Einschränkungen unterstützen. Das heißt 
jetzt nicht das die Schaltung nicht ihre Daseinsberechtigung hat. Und ja 
es kann auch Anwendundsfälle geben wo diese Schaltung auch im 
Analogrechner benutzt werden kann. Es ist aber keine Grundrecheneinheit 
(fest verdrahtet im Rechner)des Analogrechners.

Yalu X. schrieb:
> Hat Rodolf irgendwo geschrieben, dass er einen Analogrechner bauen will?
> Er will doch einfach nur das Maximum von fünf Spannungspegeln ermitteln.

Das hat sich irgendwie so ergeben. Ich hatte ja auch geschrieben, das es 
etwas offtopic ist. Es war nicht geplant da eine längere Diskussion 
anzufangen.

Wir müssen das Thema jetzt auch nicht weiter führen.

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