Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frequenzabhängige Fehlersignalschaltung


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von Dennis (Gast)


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Hallo,
ich habe versucht eine Schaltung nachzubauen die abhängig von der 
Frequenz des Eingangssignals eine DC Spannung als Fehler ausgibt welche 
dann im späteren für einen Regler genutzt wird, der die Ausgangspannung 
bei 0V hält.
Die Schaltung arbeitet mit einem Hochpass als 
"Frequenz-Leistung"-Converter. Dafür wird das Eingangssignal gesplittet 
und anschließend wird eine Hälfte durch den Hochpass mit einer 
Grenzfrequenz von ~180 MHz gefiltert und anschließend um 3 dB gedämpft. 
Dieser Teil des Signal wird dann mit einer Diode in Flussrichtung zu 
einer positiven Spannung gleichgerichtet, wohingegen der ungefilterte 
Teil um 6dB gedämpft wird und mit einer Diode entgegen der Flussrichtung 
zu einer negativen Spannung gleichgerichtet wird. Anschließend werden 
die Spannungen noch mit einem Tiefpass gefiltert und wieder überlagert. 
Das Ausgangssignal sollte dann eigentlich negativ unterhalb einem 
Eingangssignal von ~180MHz sein und positiv überhalb von 180 MHz.

Soweit zur Theorie. Ich habe die Schaltung erst auf Lochraster aufgebaut 
und anschließend noch mit SMD Bausteinen, da ich Sorge hatte das die 
Frequenzen schon zu hoch sind für einen Aufbau auf Lochraster. Beide 
Schaltungen haben jedoch nicht so funktioniert wie erhofft. Bis zu dem 
Tiefpass mit dem 470 Ohm Widerstand messe ich Spannungen im Bereich von 
ein paar 100 mV was auch meinen Erwartungen entspricht. Das 
Ausgangssignal bewegt sich im Bereich von ca. 10 mV, Verhält sich aber 
nicht abhängig von der Frequenz wie gewünscht.

Ich habe auch schon Versucht die Schaltung in Spice zu simulieren, aber 
leider mit einem ähnlichen Ergebnis...
Was mich schon stutzig gemacht hat ist die Zusammenführung des Signals 
vor dem Ausgang, meines Erachtens nach müsste dieser mit drei 16 Ohm 
Widerständen aufgebaut werden. Auch ist der Tiefpass mit dem 470 Ohm 
Widerstand in meinen Augen unpassend von der Impedanz her. Als 
Signalquelle benutze ich ein ADF5355 Frequenzgenerator. Vor dem 
Signalsplitter habe ich eine Signalleistung von +5dBm laut der FFT 
Funktion meines Oszis.

Vielleicht habt Ihr ja Anregungen was noch zu beachten ist, da ich noch 
nicht mit so hohen Frequenzen gearbeitet habe..
Quelle: https://doi.org/10.1007/s00340-004-1559-6

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Dennis schrieb:
> Das Ausgangssignal sollte dann eigentlich negativ unterhalb einem
> Eingangssignal von ~180MHz sein und positiv überhalb von 180 MHz.

Das klingt nach einem FM Demodulator. So was kann man auf verschiedenen 
Wegen aufbauen, z.B. einen Ratiodetektor oder einen 
Quadraturdemodulator. Dein einziges Problem ist die recht hohe 
Trägerfrequenz, aber im Prinzip bleibt das die gleiche Schaltung wie im 
10,7MHz Bereich.  Ein Ratiodetektor hat eine grosse Bandbreite, ist 
vermutlich also die bessere Lösung.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ein FM-Flankendemodulator wenn ich recht verstehe. Bei 180 MHz hat der 
Hochpass -3dB und 45 Grad Phasenverschiebung. Die beiden Detektordioden 
machen daraus eine frequenzabhängige Gleichspannung. Die hängt von der 
Güte des Hochpasses ab, je steilflankiger desto mehr Ausgangsamplitude 
bei gleichem Hub.
https://www.elektroniktutor.de/signalkunde/fm_demod.html

Man kann in dem Frequenzbereich auch mit einem FM-Laufzeitdemodulator 
arbeiten. In einem Zweig wird eine Lambda/Viertel-Leitung eingefügt, und 
statt der Detektoren ein Dioden-Ringmischer.

: Bearbeitet durch User
von Dennis (Gast)


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Hallo, danke schon einmal für die Antworten. Bei der Schaltung handelt 
es sich nicht um ein FM-Demodulator. Es geht darum Diodenlaser mit einem 
Frequenzoffset zu stabilisieren. Das Eingangssignal ist später ein 
heruntgergemischtes Signal einer Photodiode auf der zwei Lichtfelder 
überlagert werden (Frequenzdifferenz sind mehrere GHz). Die Schaltung 
wird dann dazu genutzt um ein frequenzabhängiges Fehlersignal zu 
erzeugen was als Regelwerte für eine Lasercontroller dient.

Viele Grüße

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Die beiden FM-Demodulatortypen reichen bis DC herunter, das bedeutet 
eine frequenzabhängige Gleichspannung.


https://www.recycledgoods.com/micro-coax-10-ku-wr-62-rf-delay-line-wave-guide-12-4-18-0ghz-po-9981-k001/
Als Verzögerungsleitung gab es sogar aufgewickelte Hohlleiter. Je 
länger, desto mehr Phasenänderung über der Frequenz. 180 MHz hat eine 
Freiraumwellenlänge von 1,6 m, also problemlos mit Koaxkabel 
realisierbar.

von Dennis (Gast)


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Hallo,
ich hab die Schaltung noch einmal ohne die Tiefpässe am Ende des 
Signalpfads simuliert und verstehe leider nicht wieso im oberen 
Signalpfad überhaupt einen negativen Signalanteil entsteht (Der Verlauf 
der Kurve (blau) geht aber schon einmal in die richtige Richtung). Der 
untere Signapfad (grün) sollte jetzt als Normalisierung dienen damit der 
Nulldurchgang genau bei der Grenzfrequenz des ersten Hochpasses liegt.
Ich stehe gerade etwas auf dem Schlauch glaube ich..

Viele Grüße

von argos (Gast)



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Dennis schrieb:
> Ich habe die Schaltung erst auf Lochraster aufgebaut
> und anschließend noch mit SMD Bausteinen, da ich Sorge hatte das die
> Frequenzen schon zu hoch sind für einen Aufbau auf Lochraster. Beide
> Schaltungen haben jedoch nicht so funktioniert wie erhofft. Bis zu dem
> Tiefpass mit dem 470 Ohm Widerstand messe ich Spannungen im Bereich von
> ein paar 100 mV was auch meinen Erwartungen entspricht. Das
> Ausgangssignal bewegt sich im Bereich von ca. 10 mV, Verhält sich aber
> nicht abhängig von der Frequenz wie gewünscht.

Der Hochpass sollte höherer Ordnung sein. Beide Pfade mit 50 Ohm 
abzuschließen, bevor gleichgerichtet wird, wäre auch zu empfehlen. Siehe 
Anhang. Die Quelle (3V) wird in 1ms linear von 100MHz auf 200MHz 
gewobbelt. Die Ausgangsspannung sieht doch recht brauchbar aus. Der 
Hochpass ist für 160MHz dimensioniert.

von Dennis (Gast)


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Vielen Dank. Ich werde die Woche noch einmal den Lötkolben schwingen und 
dann nochmal mit Messergebnissen melden.

Viele Grüße

von Michael M. (michaelm)


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Dennis schrieb:
> die abhängig von der
> Frequenz des Eingangssignals eine DC Spannung als Fehler ausgibt welche
> dann im späteren für einen Regler genutzt wird, der die Ausgangspannung
> bei 0V hält.

Lochraster bei 180 MHz ist schon mal keine wirklich gute Idee. :-(

Entscheidend: Wie groß darf/muss die f-Abweichung sein, damit ein Fehler 
erkannt wird? Ein oder zig MHz? Einfach mal geschätzt, dass es nicht ein 
paar zig MHz sein sollen, sondern eher in der Größenordnung unter einem 
MHz. Richtig?

Der Trick heißt:
Die auszuwertenden Messwerte in eine Größenordnung bringen, wo die 
Auswertung mit physikalish einfach zu realisierenden Mitteln erfolgen 
kann (relative Fehler"verstärkung").

Der Weg:
Die 180 MHz auf eine möglichst niedrige f (möglichst deutlich unter 1 
MHz) heruntermischen. Dabei bleibt die absolute Abweichung dieselbe, nur 
relativ ist sie vom Betrag entsprechend größer.
Die Auswertung kann man dann mit den üblichen f->U-Verfahren machen, als 
da sind: Phasen-Diskriminator, Quadratur-Demod. u.ä., Zähldiskriminator.
Letzterer zeichnet sich durch seine verblüffende Einfachheit aus und 
bringt bei passender Auslegung nicht nur mickrige mV, sondern wesentlich 
größeren Spannungshub pro delta-f.

Michael

PS: Das Thema wäre im HF-Forum besser aufgehoben. ;-)

: Bearbeitet durch User

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