Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik aktiver Halbwellen Gleichrichter


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von Ralf F. (stingray05)



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Hi,

ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.
Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel kann von 1mVpp 
bis etwa 20mVpp schwanken.

Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2).
Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel der positiven 
Halbwelle.

Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung, da mir sonst eine 
passende Vorspannung leider 1Bit der ADC Auflösung klaut.


Sorgen macht mir beim favorisierten Halbwellen Gleichrichter (da Ue = 
Ua)  die Sättigungszeit  - dazu hab ich im Datenblatt nix gefunden.
Weiß dazu jemand mehr ?

Sollte eher ein anderer besserer OpAmp / Diode verwendet werden ?

(Ein erheblich größerer negativer Eingansspannungs Bereich am OpAmp 
würde die Signalaufarbeitung natürlich sehr viel einfacher machen...)

Vorschläge für bessere Schaltung ?
Wie würdet Ihr bei der Signalaufbereitung vorgehen ?


Würde mich über Eure Tipps freuen !

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Warum verletzt du bei beiden Schaltungen mit deinem Sinussignal den 
CM-Input Voltage Range (s. DB LM 324) ??

: Bearbeitet durch User
von Ralf F. (stingray05)


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Hi Michael M.

oh Danke,
hatte ich übersehen, bin allerdings bei den OpAmps auch noch recht neu.

Laut Datenblatt sind das 0 to Vcc -1,5V.

Bin mir aber nicht ganz im klaren was genau mir die Angaben dieses 
Aussteuerungsbereiches sagen soll.
Zumal der Eingangspegel nur bei 1 mV oder 10mV in der Simulation liegt.
Könntest Du das etwas genauer erklären ?

Im Netz stand zu dieser Schaltung der Hinweis das der OP aber in 
negativer Sättigung läuft... Meintest Du das ?

Max Differenz Eingangsspannung 32 V.
Input Voltage -0,3V bis 32 V.
Daher war ich davon ausgegangen das ich am -IN auch Signale bis max 
-0,3V anlegen kann...


Ziel war es ja am Ausgang, bis auf die negative Halbwelle, möglichst das 
gleiche Signal wie am Eingang zu erhalten.
Grundsätzlich zeigt mir Spice da auch einen brauchbaren Kurvenverlauf ab 
1mV an, wobei der Verlauf ab 3mV besser aussieht...

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


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Ralf F. schrieb:
> ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.
> Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel kann von 1mVpp
> bis etwa 20mVpp schwanken.

Das ist wenig, das solltest du verstärken, bevor du es gleichrichtest.

> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2)

Dein Ziel ist, die 20mVpp auf ca. 6.6Vpp zu verstärken.

> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel der positiven
> Halbwelle.

Also ein Einweg-Gleichrichter. Was nennst du eigentlich "Pegel"? 
Korrekte Begriffe wären Amplitude (aka Spitzenwert). Oder 
Gleichrichtwert. Oder Effektivwert.

> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung

Natürlich. Der richtige Begriff ist Präzisionsgleichrichter. Damit 
findest du jede Menge Schaltungen im Netz. Sowohl Einweg als auch 
Zweiweg. Sowohl mit als auch ohne Glättung.

Andererseits bei lediglich 400Hz sollte es vollkommen ausreichen, die 
negative Halbwelle abzuschneiden und jegliche Mittelung respektive 
Spitzenwertsuche per Überabtastung rein in Software zu machen.

> Sorgen macht mir beim favorisierten Halbwellen Gleichrichter (da Ue =
> Ua)  die Sättigungszeit  - dazu hab ich im Datenblatt nix gefunden.

Das müßtest du mit der Slew-Rate rechnen. Der OPV muß beim 
Polaritätswechsel ja einen ordentlichen Sprung am Ausgang hinlegen. 
Andererseits sind deine 400Hz Pillepalle.

Viel mehr Sorgen solltest du dir deswegen machen, weil dein LM324 kein 
Rail-to-Rail Typ ist. Insbesondere kommt er nicht annähernd an die 
positive Rail. Eine echte bipolare Versorgung mit ±5V wäre angebracht, 
wenn du herkömmliche Schaltungskonzepte verwenden willst.

> Vorschläge für bessere Schaltung ?

Ich erinnere mich, in irgendeinem Datenblatt eines R2R OPV gesehen zu 
haben, daß man den als normalen nichtinvertierenden Verstärker 
beschalten soll und an einer unipolaren Versorgung dann praktisch die 
Funktion eines Halbwellengleichrichters bekommt. Mit deinen 20mVpp 
brauchst du da auch keine Bedenken zu haben, daß du den OPV 
eingangsseitig überfährst.

von Michael M. (michaelm)


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Ich schicke mal voraus, dass ich nicht "*der* OPV-Guru" bin...

Ralf F. schrieb:
> Bin mir aber nicht ganz im klaren was genau mir die Angaben dieses
> Aussteuerungsbereiches sagen soll.
> Zumal der Eingangspegel nur bei 1 mV oder 10mV in der Simulation liegt.
> Könntest Du das etwas genauer erklären ?

Auch wenn die -0,3 V in der Fußnote bzw. "Abs. Max Ratings" stehen, 
würde ich das trotzdem sicherheitshalber nicht ausloten... Auf letzter 
Kante zu nähen ist immer schlecht. ;-)
Die charakteristischen Angaben mit deren Min- und Max-Werten sind ja 
auch ernst gemeint. ;-)

> Im Netz stand zu dieser Schaltung der Hinweis das der OP aber in
> negativer Sättigung läuft... Meintest Du das ?
Ja.

Du wirst sicher noch andere helfende Hinweise bekommen...

von Egon D. (egon_d)


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Ralf F. schrieb:

> ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.

Das bedeutet genau...?


> Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel
> kann von 1mVpp bis etwa 20mVpp schwanken.
>
> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2).

Nun ja... etwas Verstärkung täte schon gut. Vielleicht
so Faktor 30.


> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel
> der positiven Halbwelle.

Ich würde versuchen, dass durch die Software zu klären.


> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung,
> da mir sonst eine passende Vorspannung leider 1Bit
> der ADC Auflösung klaut.

Echt jetzt?
Du sagst nicht, welche Auflösung Du eigentlich benötigst,
klagst aber darüber, das ein Bit verlorengeht? Nicht
zielführend.

Je nach Abtastrate kann man durch Überabtastung noch
das eine oder andere Bit herausholen. Eine Übersteuerungs-
reserve von ca. 2Bit muss man ohnehin einplanen.


> Sorgen macht mir beim favorisierten Halbwellen Gleichrichter
> [...]

Meine Meinung: Overengineering.


> Wie würdet Ihr bei der Signalaufbereitung vorgehen ?

Vorverstärken -- Abtasten -- Auswerten.

von Ralf F. (stingray05)


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Hi Axel,

vielen Dank für die Info !

Axel S. schrieb:
> Ralf F. schrieb:
>> ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.
>> Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel kann von 1mVpp
>> bis etwa 20mVpp schwanken.
>
> Das ist wenig, das solltest du verstärken, bevor du es gleichrichtest.


An Verstärkung hatte ich vor der Gleichrichtung (neben Impedanzwandler 
und Tiefpass) natürlich auch gedacht.
Dafür müsste ich aber erstmal wissen welcher R2R OpAmp denn als Einweg 
Gleichrichtung am besten in Frage kommt.
Anhand dessen Daten ergibt sich dann die benötigte Verstärkung für den 
Eingang der Gleichrichtung.


>> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2)
>
> Dein Ziel ist, die 20mVpp auf ca. 6.6Vpp zu verstärken.


Nicht ganz:
Es handelt sich um einen PJRC Teensy 3.2 der mit 3,3V läuft.
Wenn mir die positive Halbwelle nach Gleichrichtung zur Verfügung stehen 
würde dürfte die Amplitude am ADC von 0V aus gesehen max 3.3 Vp 
betragen. Wobei die Analog Inputs dort 5V tolerant sind.


>> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel der positiven
>> Halbwelle.
>
> Also ein Einweg-Gleichrichter. Was nennst du eigentlich "Pegel"?
> Korrekte Begriffe wären Amplitude (aka Spitzenwert). Oder
> Gleichrichtwert. Oder Effektivwert.


Gemeint war die Amplitude / Spitzenwert - also Vp bzw Vs am ADC nach der 
Gleichrichtung, bzw Vpp / Vss am Sinus Testsignal.


>> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung
>
> Natürlich. Der richtige Begriff ist Präzisionsgleichrichter. Damit
> findest du jede Menge Schaltungen im Netz. Sowohl Einweg als auch
> Zweiweg. Sowohl mit als auch ohne Glättung.


Nach Präzisionsgleichrichter hatte ich schon gesucht und auch viele 
Schaltungen gefunden und mit Spice probiert.
Leider auch sehr viele ohne Angabe von Bauteilwerten / Berechnung, oder 
Angabe des verwendeten OpAmps...


> Andererseits bei lediglich 400Hz sollte es vollkommen ausreichen, die
> negative Halbwelle abzuschneiden und jegliche Mittelung respektive
> Spitzenwertsuche per Überabtastung rein in Software zu machen.
>

>> Sorgen macht mir beim favorisierten Halbwellen Gleichrichter (da Ue =
>> Ua) die Sättigungszeit  - dazu hab ich im Datenblatt nix gefunden.
>
> Das müßtest du mit der Slew-Rate rechnen. Der OPV muß beim
> Polaritätswechsel ja einen ordentlichen Sprung am Ausgang hinlegen.
> Andererseits sind deine 400Hz Pillepalle.


Bei der simulierten Schaltung stand im Netz die Bemerkung: "geht in die 
negative Sättigung".
Der LM324 ist laut Daatenblatt wohl nicht der schnellste: 0,5 V /µs

Angenommen der LM 324 wäre R2R fähig dann hätte ich bei einer 
theoretisch angenommenen Amplitude von 3V eine Umschaltzeit von 6 µs. 
Das sollte bei den Frequenzen locker reichen, sofern sich das nicht noch 
andersweitig summiert.


> Viel mehr Sorgen solltest du dir deswegen machen, weil dein LM324 kein
> Rail-to-Rail Typ ist. Insbesondere kommt er nicht annähernd an die
> positive Rail. Eine echte bipolare Versorgung mit ±5V wäre angebracht,
> wenn du herkömmliche Schaltungskonzepte verwenden willst.

+- 5V ist leider keine Option, max möglich wären single supply 5V.

>> Vorschläge für bessere Schaltung ?
>
> Ich erinnere mich, in irgendeinem Datenblatt eines R2R OPV gesehen zu
> haben, daß man den als normalen nichtinvertierenden Verstärker
> beschalten soll und an einer unipolaren Versorgung dann praktisch die
> Funktion eines Halbwellengleichrichters bekommt.


Das war nicht zufällig der LMC6482 ?
Kannst Du das Datenblatt mit der Schaltung und dem Namen des OpAmp 
vielleicht noch finden  ?


> Mit deinen 20mVpp
> brauchst du da auch keine Bedenken zu haben, daß du den OPV
> eingangsseitig überfährst.


Die 20mVpp sind der unverstärkte max Wert...min liegt dort bei 1mV...
Nach Verstärkung wird das sicher am Gleichrichter Eingang erheblich mehr 
werden müssen im Sinne eines guten Signalverlaufes.
Sicher auch keine schlechte Idee um nen halbwegs vernünftigen 
Rauschabstand zu erreichen.

In LTSpice hat sich beim simulieren zB gezeigt das 1mVpp dort zwar 
funktioniert, aber die Kurve erst ab etwa 3mVpp (besser 5mV oder höher) 
deutlich mehr dem ursprünglichen Signal gleicht.
Ich würde das mit einen Verstärkungfaktor von etwa 10 bis 50 (ggfs sogar 
bis 100) testen.

BTW:
Der ADC der die positive Halbwelle dann auf beiden Flanken irgendwann 
lesen muss, hätte also bei 30 HZ eine Breite von ~16,5ms.

von stingray05 (Gast)


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Hi Egon D.

vielen Dank für die Info !

Egon D. schrieb:
> Ralf F. schrieb:
>
>> ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.
>
> Das bedeutet genau...?
>
>> Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel
>> kann von 1mVpp bis etwa 20mVpp schwanken.
>>
>> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2).
>
> Nun ja... etwas Verstärkung täte schon gut. Vielleicht
> so Faktor 30.
>
>> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel
>> der positiven Halbwelle.
>
> Ich würde versuchen, dass durch die Software zu klären.
>
>> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung,
>> da mir sonst eine passende Vorspannung leider 1Bit
>> der ADC Auflösung klaut.
>
> Echt jetzt?
> Du sagst nicht, welche Auflösung Du eigentlich benötigst,
> klagst aber darüber, das ein Bit verlorengeht? Nicht
> zielführend.

Die max ADC Auflösung beträgt, sofern ich mich nicht verrechnet habe, 
0,4mV.
Es wäre gut die dann auch verwenden zu können.

> Je nach Abtastrate kann man durch Überabtastung noch
> das eine oder andere Bit herausholen. Eine Übersteuerungs-
> reserve von ca. 2Bit muss man ohnehin einplanen.
>
>> Sorgen macht mir beim favorisierten Halbwellen Gleichrichter
>> [...]
>
> Meine Meinung: Overengineering.
>
>> Wie würdet Ihr bei der Signalaufbereitung vorgehen ?
>
> Vorverstärken -- Abtasten -- Auswerten.

von stingray05 (Gast)


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Hi zusammen,

erstmal vielen Dank für Eure Antworten!

Die zentralen Fragen sind:

Welchen OpAmp kann ich für die Einweg Gleichrichtung verwenden?
Kann ich als Schaltung die aus meiner Simulation verwenden?

Ue liegt zwischen 1mVpp und etwa 20mVpp, müsste aber wahrscheinlich erst 
noch um einen Faktor X (10 - 50 ?)für eine funktionierende Einweg 
Gleichrichtung verstärkt werden damit auch die 1mV sicher abgebildet 
werden.

Benötigt wird also ein OpAmp mit recht großem nutzbaren 
Eingangsspannungsbereich für + und - IN.
Welchen nimmt man da am besten ?

Vorschläge dazu ?

von Egon D. (egon_d)


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stingray05 schrieb:

>> Echt jetzt?
>> Du sagst nicht, welche Auflösung Du eigentlich
>> benötigst, klagst aber darüber, das ein Bit
>> verlorengeht? Nicht zielführend.
>
> Die max ADC Auflösung beträgt, sofern ich mich
> nicht verrechnet habe, 0,4mV.
> Es wäre gut die dann auch verwenden zu können.

???

Es ist aber nicht dasselbe, ob Du ein Signal von
maximal 20mV auf 0.4mV auflösen kannst oder ob Du
ein (vorverstärktes) Signal von z.B 200mV auf 0.4mV
auflösen kannst.

Von daher: Ich bin raus.

: Bearbeitet durch User
von stingray05 (Gast)


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Egon D. schrieb:
> Du wärst also zufrieden damit, dass dieses kleinste
> Signal in nicht einmal drei (!) Amplitudenstufen
> aufgelöst wird?

Hi Egon D.

Du hast völlig recht - mein Denkfehler...

Um eine vernünftige Menge an Abtastpunkten / Amplitudenstufen im 
einstelligen mV Bereich am ADC zu erhalten müsste das Eingangssignal 
schon mindestens um nen Faktor 100 verstärkt werden (also von 1mV auf 
100mV...).
Das ergäbe dann 250 theoretisch mögliche Abtastpunkte im Bereich von 0mV 
bis 100mV.

Aus den 20mV als Maxwert würden so nach 100 facher Verstärkung  2000mV 
und 5000 Abtastpunkte entstehen...

Theoretisch könnte der ADC bei 3.3V und einer Auflösung von 0,4mV max 
8250
Amplitudenstufen erzeugen... = Faktor 165.

Fragt sich welcher Opamp als Einweg Gleichrichter mit +- IN/Out von bis 
2,0 bzw bis 3,3 V klar kommt ?

von penny|wise (Gast)


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Niet. ES fragt sich, was genau Du vor hast, weil sich daraus die
nötigen Anforderungen ergäben - welche Du ja leider nicht einmal
ansatzweise selbst zu definieren in der Lage zu sein scheinst...

"Das erreichbare Maximum" scheint (!) hier das undeutliche Ziel
zu sein - bloß ist das völliger Unsinn, ohne jegliche Richtwerte.

Mit z.B. teurerem OPV mag dieses Maximum höher liegen - sinnvoll?
Versteh doch bitte, daß man so nicht wissen kann, was Du willst.


Lege zwecks Hilfestellung mindestens eines davon vollständig dar:

Beschreibe Deine Anwendung - und zwar incl. aller beteiligten
Funktionsgruppen, damit ein Ratgeber selbst eruieren kann, wie
hohe Auflösung (bei welcher Genauigkeit) überhaupt benötigt wird.

Oder definiere jene Anforderungen (kurz begründet) endlich selbst.
(Aber angesichts Deiner demonstrierten Unkenntnis empfehle ich mit
allem Nachdruck das im vorherigen Absatz geschilderte Vorgehen.)


Dann kommt Egon evtl. zurück. (Was echt gut wäre für Dich... ;)

von stingray05 (Gast)


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Hi penny|wise,

es geht um eine Anschlagserkennung an einem E Bass.
Der Bass hat dafür einen Tonabnehmer der jede Saite einzeln ausgibt.

Ziel ist es per ADC die Amplitude pro Saite zu messen die durch die 
Anschläge entstehen. Wenn das so funktioniert lassen sich diese Werte 
als Schwellwerte einsetzen um zB Midi NoteOn / Off auszulösen.
Soweit die Theorie.

In Messungen mit Oszi lagen diese Spannungen im Bereich von 1mVpp bis 20 
mvpp.

Grundsätzlich gibts wohl 2 Möglichkeiten:
Ohne Gleichrichter - das Signal geht nach Verstärkung / Filterung mit 
0,5x Ub direkt auf den ADC (teilweise verlust der Auflösung).
Mit Gleichrichtung, aber dafür ohne ADC Vorspannung (würde ich 
bevorzugen).

In beiden Fällen müsste das Signal erst aufbereitet werden.
Einerseits so das der Gleichrichter genügend Futter bekommt, andrerseits 
so das der ADC auch den 1mV Bereich noch mit genügend Punkten abtasten 
kann (ADC Auflösung liegt bei 0,4mV).

Für den Teensy ADC wäre für eine Vollaussteuerung bei 1 - 20mVpp, zB ein 
Verstärkungsfaktor von max 165 möglich. Daraus ergäben sich theoretisch 
für den 1mV Bereich 250 Abtaststufen.

Der Gleichrichter Opamp müsste also +-165mV bis +-3,3 V vertragen 
können...

Hoffe ich konnte das so etwas genauer erklären ?!

von Arno H. (arno_h)


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Eine Verstärkung auf einen möglichst hohen Wert erscheint mir auf jeden 
Fall sinnvoll. Diese einfachen Gleichrichter mit OPV sind im mV-Bereich 
absolut bescheiden. Bedenke, dass auch für 1mV Messspannung der Ausgang 
des OPV auf 1mV + VF der Diode kommen muss. Ob zB. der LM324 das 
verzerrungsfrei im kompletten Audiobereich schafft, halte ich für 
zweifelhaft. Alle derartigen mir bekannten Schaltungen möchte gerne 1V 
und mehr, um die tollen Daten zu erreichen.

Arno

von stingray05 (Gast)


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Hi Arno H.

Der LM324 war natürlich ein ausgeprochen schlechtes Beispiel, den hatte 
ich hier nur gerade rumliegen...

Bevor ich mißverstanden werde:
Es geht nur um die auswertung der Amplitudenhöhe mittels ADC der daraus 
dann Midi NoteOn / OFF machen soll.

Also nicht der komplette Audiobereich. Die Signalfrequenz liegt zwischen 
30 und 400 Hz. Die gemessene Amplitude reicht von 1mV bis 20mV (je nach 
Stärke des Saitenanschlags.

Grüsse

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


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Ralf F. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Ralf F. schrieb:
>>> ich versuche ein NF Signal für einen ADC aufzubereiten.
>>> Die Frequenz liegt im Bereich von 30 - 400Hz, der Pegel kann von 1mVpp
>>> bis etwa 20mVpp schwanken.
>>
>> Das ist wenig, das solltest du verstärken, bevor du es gleichrichtest.
>
> An Verstärkung hatte ich vor der Gleichrichtung (neben Impedanzwandler
> und Tiefpass) natürlich auch gedacht.
> Dafür müsste ich aber erstmal wissen welcher R2R OpAmp denn als Einweg
> Gleichrichtung am besten in Frage kommt.

Nein. Das sind doch ganz unabhängige Dinge. Allerdings wirst du auch für 
den Verstärker wohl eine bipolare Versorgung brauchen. Außer du willst 
dein Signal mit dem Mittelwert auf Vcc/2 verschieben.

> Anhand dessen Daten ergibt sich dann die benötigte Verstärkung für den
> Eingang der Gleichrichtung.

Nö. Die nötige Verstärkung ergibt sich aus der Amplitude deines Signals 
und der gewünschten Amplitude für den ADC. Im Sinne einer hohen 
Auflösung wird man das Signal so weit verstärken, daß es den 
Spannungsbereich des ADC gerade ausfüllt. Evtl. mit etwas 
Übersteuerungsreserve. 6dB Reserve (ein gängiger Wert) ist gerade Faktor 
2 und verringert dir die effektive ADC-Auflösung um 1 Bit.

>> Dein Ziel ist, die 20mVpp auf ca. 6.6Vpp zu verstärken.
>
> Nicht ganz:

Doch. Was meinst du, wofür das zweite "p" in Vpp steht? Wenn dein Signal 
nicht gerade ganz absonderlich ist, dann liegt sein Mittelwert bei 0 und 
die Momentanwerte liegen zwischen -Vpp/2 und +Vpp/2.

> +- 5V ist leider keine Option, max möglich wären single supply 5V.

Dann pack noch einen ICL7660 dazu. Dann hast du auch -5V.

>> Ich erinnere mich, in irgendeinem Datenblatt eines R2R OPV gesehen zu
>> haben, daß man den als normalen nichtinvertierenden Verstärker
>> beschalten soll und an einer unipolaren Versorgung dann praktisch die
>> Funktion eines Halbwellengleichrichters bekommt.
>
> Das war nicht zufällig der LMC6482 ?
> Kannst Du das Datenblatt mit der Schaltung und dem Namen des OpAmp
> vielleicht noch finden  ?

Ich erinnere mich nicht mehr. Ist wahrscheinlich auch nicht wichtig, das 
sollte mit jedem R2R OPV genauso gehen. Einfach mit +3.3V und 0V 
versorgen, Beschaltung als nichtinvertierender Verstärker mit z.B. 
Faktor 10. Am Eingang deine nullsymmetrische Wechselspannung anlegen und 
du kriegst am Ausgang nur positive Halbwellen raus. Dir muß halt klar 
sein, daß du den OPV in der negativen Halbwelle voll in die Sättigung 
haust. Und der Eingangspegel muß klein genug sein, daß du den 
Gleichtakteingangsbereich deines OPV nicht verläßt. Aber typischerweise 
ist da je eine Diodenflußspannung unter der negativen bzw. über der 
positiven Rail erlaubt.

Andererseits frage ich mich, ob du eine Gleichrichtung überhaupt 
brauchst. Ich würde das Signal auf einen Mittelwert von Vcc/2 
verschieben und so weit verstärken, daß der OPV gerade nicht in die 
Sättigung muß. Und dann mit dem ADC so schnell wie er es kann abtasten. 
Dann kannst du Maximal- und sogar auch Minimalwerte trivial bestimmen.

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


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stingray05 schrieb:
> Es geht nur um die auswertung der Amplitudenhöhe mittels ADC der daraus
> dann Midi NoteOn / OFF machen soll.
>
> Also nicht der komplette Audiobereich. Die Signalfrequenz liegt zwischen
> 30 und 400 Hz. Die gemessene Amplitude reicht von 1mV bis 20mV (je nach
> Stärke des Saitenanschlags.

Ach guck. Es gibt Salami. Hauchdünn geschnitten.

Das kann man ganz ohne irgendeinen ADC machen. Verstärken, 
gleichrichten, glätten. Und ab in einen Schmitt-Trigger. Übersteuerung 
ist für diese Aufgabenstellung ja komplett irrelevant.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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stingray05 schrieb:
> Die gemessene Amplitude reicht von 1mV bis 20mV (je nach Stärke des
> Saitenanschlags.
Sogar Profis kommen ins Grübeln, wenn sie 1mVac so verstärken sollen, 
dass hinterher noch was herauskommt, das dem Eingangssignal ähnelt...

Ralf F. schrieb:
> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2).
Wie schell kann der Abtasten?

> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel der positiven
> Halbwelle.
Was passiert, wenn du "das Signal" einfach mal an den ADC anlegst und 
schnell abtastest? Welche Werte erhältst du? Evtl. kannst du damit schon 
was anfangen. Auf jeden Fall besser, als mit einem OPAmp zusätzlich 
Rauschen zu verstärken.

> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung, da mir sonst eine
> passende Vorspannung leider 1Bit der ADC Auflösung klaut.
Wäre das schlimm? Welche Information steckt denn in diesem Bit? Immerhin 
kann MIDI dann hinterher sowieso bestenfalls 7 Bit Anschlagdynamik 
weitergeben.

von stingray05 (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> stingray05 schrieb:
>> Die gemessene Amplitude reicht von 1mV bis 20mV (je nach Stärke des
>> Saitenanschlags.
> Sogar Profis kommen ins Grübeln, wenn sie 1mVac so verstärken sollen,
> dass hinterher noch was herauskommt, das dem Eingangssignal ähnelt...
>
> Ralf F. schrieb:
>> Der ADC hat 13 Bit, Auflösung 0,4mV (Teensy 3.2).
> Wie schell kann der Abtasten?
>

Der Teensy 3.2 läuft Standardmäßig mit 72 MHz - lässt sich aber bis auf 
120Mhz einstellen.

>> Benötigt wird von diesem Signal aber nur der Pegel der positiven
>> Halbwelle.
> Was passiert, wenn du "das Signal" einfach mal an den ADC anlegst und
> schnell abtastest? Welche Werte erhältst du? Evtl. kannst du damit schon
> was anfangen. Auf jeden Fall besser, als mit einem OPAmp zusätzlich
> Rauschen zu verstärken.
>
Da kommt so leider noch nix. Vermutlich Impedanz - und oder 
Verstärkungsproblem...

>> Bevorzugen würde ich eher eine aktive Gleichrichtung, da mir sonst eine
>> passende Vorspannung leider 1Bit der ADC Auflösung klaut.
> Wäre das schlimm? Welche Information steckt denn in diesem Bit? Immerhin
> kann MIDI dann hinterher sowieso bestenfalls 7 Bit Anschlagdynamik
> weitergeben.

von Roland F. (rhf)


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Hallo,
Axel S. schrieb:
> Ich erinnere mich, in irgendeinem Datenblatt eines R2R OPV gesehen zu
> haben, daß man den als normalen nichtinvertierenden Verstärker
> beschalten soll und an einer unipolaren Versorgung dann praktisch die
> Funktion eines Halbwellengleichrichters bekommt.

LMC6482 b.z.w. LMC6484
Texas Instrument Datenblatt, Seite 25 und 26

rhf

von stingray05 (Gast)


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Hi,

die ADC Geschwindigkeit beim Teensy 3.2 soll bei 632000 samples/second 
liegen.

von Egon D. (egon_d)


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Lothar M. schrieb:

> stingray05 schrieb:
>> Die gemessene Amplitude reicht von 1mV bis 20mV
>> (je nach Stärke des Saitenanschlags.
> Sogar Profis kommen ins Grübeln, wenn sie 1mVac so
> verstärken sollen, dass hinterher noch was herauskommt,
> das dem Eingangssignal ähnelt...

Oh Gott.
Wer bist Du, und was hast Du mit Lothar Miller gemacht?

Die Rede ist von MILLI-Volt, nicht MIKRO- oder NANO-Volt.


> Auf jeden Fall besser, als mit einem OPAmp zusätzlich
> Rauschen zu verstärken.

Red' doch kein Zeug daher.

Ein mittelprächtiger OPV rauscht vielleicht mit 10nV/sqrt(Hz);
das gibt bei 10kHz Bandbreite 1µV Grundrauschen(eingangsbezogen).
Ein Eingangssignal von 1mV wird also mit 60dB SNR verstärkt.

Das ist ein sendefähiges Signal...

von MaWin (Gast)


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Ralf F. schrieb:
> Sollte eher ein anderer besserer OpAmp / Diode verwendet werden ?

Ja.

Ein LM324 leidet ggf. unter Phase-reversal, wenn ein Eingang unter -0.5V 
geht, siehe Datenblatt des LT1013.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT1013-LT1014.pdf

Schau ins Datenblatt des LM3916 und fie ganzen Spitzenwertgleichrichter 
aus
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.30.2

von stingray05 (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Was passiert, wenn du "das Signal" einfach mal an den ADC anlegst und
> schnell abtastest? Welche Werte erhältst du? Evtl. kannst du damit schon
> was anfangen. Auf jeden Fall besser, als mit einem OPAmp zusätzlich
> Rauschen zu verstärken.

Hi Lothar,
Hab das mal in verschiedenen Konfigurationen getestet:
Zum Messzeitpunkt lag Ub bei 3.31 V.

1)
0,5 x Ub direkt an PIN A1, Signal (Sinus 30Hz 350mVpp) per 220nF 
eingespeißt:

Dann zeigt mir der Serial Plotter der IDE ein Sinus Signal mit beiden 
Halbwellen zwischen 0V und deutlich unter 4V, an. Den genauen max Wert 
kann man da leider nur schätzen weil eine vernünftige Skaleneinteilung 
fehlt.

Geht aber sehr in Richtung ~ 3.3 V (wenn man da nen Lineal dran hält)...
Warum aus 350mVpp am Eingang, laut Plotter dann rund 3.3V werden ist mir 
nicht ganz klar.
Zumal die Vorspannung nachgemmesen 1.64 V bei anliegendem Signal, 1.65 V 
ohne Signal an PIN A1 beträgt.

Der Serial Monitor zeigt dabei Werte zwischen 0.16 bis 3.16 V.

Ohne jede weitere externe Beschaltung ein Verstärkungsfaktor von
etwa 9 ?

2)
ohne Kondensator:
Dem Signal fehlt jetzt die negative Halbwelle (was ja durchaus so 
gewünscht wäre).
Der Serial Monitor zeigt dabei Werte zwischen 0.00 bis 2.84 V.

3)
komplett ohne Vorspannung unf ohne Kondensator, Signal geht direkt auf
PIN A1:
Dem Signal fehlt auch hier die negative Halbwelle. Ab über 404mVpp 
Eingangs Signal wird die positive Halbwelle abgeschnitten.
Der Serial Monitor zeigt Werte zwischen 0.00 und 2.84 V...



Fragt sich wieviel negative Spannung der Analog In am Teensy 3.2
Dauerhaft aushält... ?
Wie kommt die Verstärkung von ~9 zustande ?

von Bernd (Gast)


Lesenswert?

Ralf F. schrieb:
> Es handelt sich um einen PJRC Teensy 3.2 der mit 3,3V läuft.
Dann wäre ein Link aufs Datenblatt hilfreich:
https://www.pjrc.com/teensy/K20P64M72SF1.pdf

Ich lese da:
- Two 16-bit SAR ADCs–Programmable gain amplifier (PGA) (up to x64)
Da ist also ein variabler Vorverstärker (PGA) schon eingebaut.

stingray05 schrieb:
> Wie kommt die Verstärkung von ~9 zustande ?
Vielleicht weil PGAG auf 3 eingestellt ist?

von stingray05 (Gast)


Lesenswert?

Bernd schrieb:
> Ralf F. schrieb:
>> Es handelt sich um einen PJRC Teensy 3.2 der mit 3,3V läuft.
> Dann wäre ein Link aufs Datenblatt hilfreich:
> https://www.pjrc.com/teensy/K20P64M72SF1.pdf
>
> Ich lese da:
> - Two 16-bit SAR ADCs–Programmable gain amplifier (PGA) (up to x64)
> Da ist also ein variabler Vorverstärker (PGA) schon eingebaut.
>
> stingray05 schrieb:
>> Wie kommt die Verstärkung von ~9 zustande ?
> Vielleicht weil PGAG auf 3 eingestellt ist?


Hi Bernd,

vielen Dank für die Info - war mir so noch nicht bekannt.


Denke der Unterschied zwischen angezeigtem Oszi Messwert und Serial 
Monitor lag an falsch gewählter Tastkopf Einstellung... Steht jetzt auf 
10x.

Damit stimmen die Werte, zumindest wenn ich DC messe, überein.

Die Teensy Stromversorgung läuft über USB.

Für die AC Messung habe ich vor den PIN A1 einen Spannungsteiler gehängt 
(R1 und R2 je 100KOhm).
Die Spannung dafür kommt vom Teensy 3.3V PIN (gemessen 3.31 V).

Multimeter, Oszi und Serial Monitor zeigen mir dann auch 0.5x Ub (1.65 
V) richtig an, solange kein AC Signal anliegt.

Mit zusätzlichem AC Signal (ohne Kondensator, direkt auf PIN A1) sehe 
ich im Serial Plotter die vollständige Sinuswelle ohne Clipping (laut 
Oszi 3.31 Vpp).
Bei der Messung macht AC oder DC Kopplung des Tastkopfes hier keinen 
Unterschied.

Der Serial Monitor zeigt dann Werte von 0.00 V, geht aber nur bis max 
3.08V.

Ich hatte schon ein Impedanzproblem in Verdacht (der Sinusgenerator hat
51 Ohm).

Klemme ich das AC Signal am PIN A1 ab ändert sich aber an der Oszi 
Anzeige nichts - Was eher nicht für ein Anpassungsproblem spricht ...

Woran kann es liegen das die AC Werte zwischen Oszi Anzeige und Serial 
Monitor hier Nicht überein stimmen ?

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