Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenzverdoppler


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von Maciek (Gast)


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Hallo ,

ich bräuchte eine Frequenzverdopplerschaltung ,die ein symmetrisches 
Signal hinkriegt. Also aus :

_--__--__--__--__--__--_

wird :

_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-

Das ganze spielt sich im Bereich bis 100Hz am Eingang ab. Die Frequenz 
ist nicht konstant. Jemand Ideen , mir fällt nichts ein...

Danke,

Maciek

von Ratber (Gast)


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Wenn du noch etwas Warten kannst dann hätte ich da ne schaltung für 
dich.

Das Prinzip ist vorab leicht erklärt.
(Es gibt 2 Möglichkeiten aber diese bevorzuge ich hier einfach mal da 
hier ne relativ Feste Frequenz vorliegt und das Ausgangssignal zudem 
einigermaßen Phasendurchgangssynchron läuft)

Also:

Das Rechtecksignal wird einfach durch nen Kondensator gejagt so das bei 
jeder Flanke ein Impuls rauskommt (Abwechselnd Positiv und Negativ)

Diese dann eben gleichrichten und schon haben wir die Doppelte Frequenz.

Da Nadelimpulse meist nicht gefragt sind kann man das Signal noch etwas 
aufziehen.

Zuerst Kappen wir mit ner einfachen Zehnerdiode alles über 5V (4.7V) ab 
damit die Logik nicht einen wegbekommt.

Danach noch nen einfachen Monoflop (zb. 74121/2/3) damit wir dann wieder 
nen schönes Rechtecksignal bekommen.
------------------------------------------
Die Andere Methode ist das Signal erstmal in ein Wechselspannungssignal 
umzuwandeln indem man es durch einen größeren Kondensator jagd.

Danach ist es etwas gerundet aber das stört nicht.
Anschließend wieder gleichrichten.
Dann noch durch nen Schmittrigger jagen und schon is man fertig.

Die Signalflanken sind hier allerdings um 90° versetzt.

Gruß
Ratber

von Semmel (Gast)


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Hierfür verwendet man einen Fensterkomparator, welcher bei 
unterschreiten sowie überschreiten des Eingangspegel schaltet. Um aus 
einem unsymetrischen Rechtecksignal wieder ein symetrisches zu bekommen 
verwendest du ein D FLIPFLOP.
Thats it.

von Ratber (Gast)


Angehängte Dateien:

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Genau das wollte ich ursprünglich auch Posten.(Die Obigen Methoden sind 
Allgemein gehalten.Es gibt ja noch mehr möglichkeiten aber hier kann man 
rein Digital arbeiten)

Jetzt hab ich auch die Schaltung dafür wiedergefunden.

Ich habs mal eben für 50 auf 100Hz abgestimmt (2 Mögliche 
R/C-Kombinationen.Je nachdem was man bekommt)

von crazy horse (Gast)


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alles nichts ordentliches.
Fensterkomparator beim Rechtecksignal? Und danach wieder mit D-FF 
symmetrieren (also Frequenz wieder halbieren)??
Die Sache mit Monoflop, getriggert auf beiden Flanken funktioniert nur 
mit einer festen Frequenz ordentlich, ändert sich die Frequenz, wird das 
Ausgangssignal unsymmetrisch.
Gibt 2 Möglichkeiten: PLL oder Mikrocontroller, Eingangsfrequenz messen, 
doppelte Frequenz ausgeben. Geht mit einem 2313.

von Stefan May (Gast)


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Oder mit 4060. Das ist eine PLL mit integriertem Oszilator.

Einen 2313 finde ich totalen overkill.

mfg, Stefan.

von Ratber (Gast)


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@Crazy Horse

Tja,er gibt ja ne feste Frequentz an da ist die Schaltung also günstig 
und einfach.

von crazy horse (Gast)


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man darf die Beiträge auch zu Ende lesen, schau mal ins Anfangsposting. 
Zitat: "Die Frequenz ist nicht konstant. "
@Stefan: sicher, deswegen steht ja PLL auch an erster Stelle meiner 
Antwort. Wer aber mit PLLs noch nie was zu tun gehabt hat, hat da evtl. 
leichte Berührungsängste.

von Ratber (Gast)


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Yo,hast recht.

Das hab ich glatt überlesen.

Gut,damit ist die Schaltung für die Rundablage wenn das Ausgangssignal 
Symetrisch sein soll.

Wenn es nur um Zählimpulse geht dann braucht man nur das Exor-Gatter was 
den kram einfacher macht.(Evtl. C1 etwas erhöhen.)

von Stefan May (Gast)


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Sorry, ich habe leider Müll geschrieben. 4060 ist ein Zähler, was Du 
benötigst ist ein 4046. Das Datenblatt findest Du hier:

http://www.philipslogic.com/products/plls/4046/

Bei TTL Signalen kannst Du auch den 74HCT4046 nehmen, dann mußt Du Dir 
keine Gedanken über Signalpegelwandlung CMOS -> TTL machen.

Der 4046 ist leicht zu beschalten. Im Datenblatt ist als Beispiel ein 
Frequenzsynthesizer dargestellt. Bau Dir das einfach mal auf ein 
Breadboard auf und beobachte die Signale, die das Ding erzeugt. Ist 
alles nicht so wild und sehr interessant anzuschauen.

mfg, Stefan.

von Michael (Gast)


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Der Vorschlag, einen 2313 zu nehmen, ist kein 'overkill' sondern eine 
sehr gute Idee. Timer 1 mißt an ICP jede Halbperiode des Eingangssignals 
und Timer 0 erzeugt mit einer halben Halbperiode ein Ausgangssignal mit 
doppelter Frequenz.
Sofort synchron und eingeschwungen, was ein 4046 nie schaffen kann.

Solange die Frequenzen im beschaulichen Rahmen bleiben (<10kHz), könnte 
man auch ungeradzahlige Vielfache erzeugen. Wenn es genau sein soll, 
darf man aber bei der Division den Rest nicht 'wegwerfen' sondern muß 
die erzeugten Perioden teilweise um einen Takt verlängern.

von Uwe (Gast)


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Hi!
Also ich plädiere für 4046, ein 2313 ist doch etwas
übertrieben. Vor allem musst du einiges beachten um saubere
Signale zu erzeugen und der Stromverbrauch ist auch nicht
zu verachten.

MFG Uwe

von Stefan May (Gast)


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Du vergisst, das Deine Idee nicht phasensynchron arbeitet.
Damit hast Du nur eine FLL realisiert. Ändert sich die
Frequenz häufig und schnell, dann läuft Dir sehr schnell
die Phase weg und Du hast eine Menge Oberwellen. Wenn es
nur um eine Frequenzverdopplung geht, bei der die
Phasenlage keine Rolle spielt, dann kann man das so
versuchen.

Ich habe mal einen Fall konstuiert, in dem Deine Lösung
nicht funktioniert. Ich nehme in dem Beispiel an, daß die
High-Phase gemessen wird. Der Anfangszustand ist
eingeschwungen.


_____------______----____----____----___

___---___---___---___-__--__--__--__--__--

                    XXX

Wie Du siehst, sind die Phasen nicht synchron. Das kannst
Du durch auszählen erkennen. Das XXX markiert einen Fehler
in der Frequenz (in dem Fall eine sehr hohe). Diesen Fehler
kannst Du mit Deiner Lösung leider nicht verhindern.

Ich bin der Meinung, daß der 4046 die bessere Wahl ist. Du
kannst die Einschwingzeit und den Overshoot kontrollieren
und an Deine Anwendung anpassen. Die Schaltung ist einfach
und übersichtlich und die Bauteiledimensionierung ist nicht
wirklich schwer.

mfg, Stefan.

von Tim (Gast)


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Hallo zusammen,

wenn der Ziehbereich des VCO's für die Frequenzänderung ausreicht,
würde ich wohl auch den PLL-IC vorziehen.

Es gibt jedoch noch eine weitere Möglichkeit, mit der eine direkte
Frequenzverdopplung mit dem gewünschten 50:50 Duty-Cycle realisiert
werden kann:

Man macht aus dem Rechteck zunächst ein invertiertes und ein
nichtinvertiertes DreieckSignal. Diese beiden Signale gibt man auf
einen schnellen Differenzverstärker. Man erhält ein rechteckförmiges
Ausgangssignal (DutyCycle 50%) mit zunächst gleicher Frequenz aber
einer Phasenverschiebung von 90 Grad. Wird das ursprünglich Signal nun
mit diesem phasenverschobenen Signal EXOR-Verknüpft, so erhält man die
doppelte Frequenz mit einem 50:50 DutyCycle.
Habe eine solche Schaltung schon für eine I/Q-Demodulator entwickelt
(200-600MHz) - leider nur in einer 0.35um CMOS-Technologie und daher
nicht mal eben kostengüstig nachzubauen :-).

Viele Grüße

Tim

von crazy horse (Gast)


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hm, klingt interessant, immer offen für neue Ideen. Aber woher soll da
die Phasenverschiebung (noch dazu konstant 90°, also unabhängig von der
Frequenz) kommen?

von Jens Renner (Gast)


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Wirklich ne interessante Sache. Müsste so aussehen, oder?
     _   
_| |_| |_| | 1 (Eingang)

  /\  /\  /
_/  \/  \/   2 (1 integriert)
_
 \  /\  /\
  \/  \/  \  3 (2 invertiert)

      
__| |_| |_|  4 (1-2 mit nicht-rückgekoppeltem Diff.verstärker)
  _ _ _ 
_||||||||||  5 (1 XOR 4) bisschen schlecht dargestellt... :-)

von Stefan May (Gast)


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Das sollte sich doch mit ein paar OPVs aufbauen lassen. Für die
Frequenzen allemal ausreichend.

mfg, Stefan.

von Michael (Gast)


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Da der 4046 eine so große Fan-Gemeinde hat, wie soll ich den denn
beschalten? Welche Rs, welche Cs, welchen Teiler und welchen
Phasenkomparator soll ich nehmen ? Und wie lange ist dann die
Einschwingzeit auf 1% Jitter: 10 Sek., 100 Sek. oder 1000 Sek. ?

Wenn der 2313 zu aufwendig ist, könnte man doch auch einen Tiny12
nehmen; der braucht aber noch ein ext. C zum Abblocken der
Versorgungsspannung.

von Stefan May (Gast)


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siehe Datenblatt dazu. Dort ist auch ein Beispiel für die berechnung
aller Rs und Cs angegeben. Die Einschwingzeit und das Überschwingen
hängt von Deinen Wünschen ab. Wie gesagt, lies das im Datenblatt nach
und berechne es anhand der dort stehenden Formeln.

mfg, Stefan.

von Michael M. (michaelm)


Angehängte Dateien:

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Moin,

da das Thema immer wieder sporadisch auftaucht (s. Suchfunktion), hier 
eine weitere (allerdings analoge) und einfache Lösung: Sie wird im 
Tietze/Schenk im Kapitel Funktionsgeneratoren beschrieben, siehe 
Bild-Auszug.

Anfängliche Bedingung ist das Vorliegen eines symmetrischen Rechtecks. 
Man benötigt nur einen Integrator (OV1) und einen Komparator (K2).
Dessen Ausgang wird -wie üblich- mit einem XOR verknüpft und dürfte 
hinreichende Symmetrie aufweisen, abhängig von der Qualität der ICs.

Ich habe es selbst noch nicht getestet, jedoch ist zu erwarten, dass die 
Funktion in gewissem Rahmen auch bei f-Änderung gegeben ist; dem kann 
man mit Anpassen der Int.-Zeitkonstante begegnen. Ggf. muss man je nach 
Genauigkeitsanforderung das Original-Rechteck (zum XOR) noch durch 
Einfügen von Gattern verzögern (Laufzeit = Durchlaufzeit vom OP und 
Komparator).

R2R-OPV genügender BB und schnellen Komparator (je nach Frequenz) setze 
ich mal voraus.

Idee für die Digitaltechniker: Auszählen des H-Daches (Zeit) in 
gewünschter Auflösung, den erhaltenen Wert durch zwei teilen und damit 
ein taktsynchrones Rechtecksignal (mit 90° Verschiebung) triggern.

EDIT: Kann das PDF leider nicht löschen :-(

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Stefan May schrieb:
> Oder mit 4060. Das ist eine PLL mit integriertem Oszilator.

Dies halte ich für eine falsche Aussage.

mfg

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Christian S. schrieb:
> Stefan May schrieb:
>
>> Oder mit 4060. Das ist eine PLL mit integriertem Oszilator.
>
> Dies halte ich für eine falsche Aussage.
> mfg

Er meint bestimmt den CD4046. Der hat neben dem integrierten Oszillator 
sogar zwei PLLs.

von Carsten S. (dg3ycs)


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Hi,

Christian S. schrieb:
> Stefan May schrieb:
>> Oder mit 4060. Das ist eine PLL mit integriertem Oszilator.
>
> Dies halte ich für eine falsche Aussage.
>
> mfg

Dann ist es ja gut das der Stefan seinen Fehler bereits vor 
unbedeutenden 19 Jahren und drei Wochen selbst bemerkt und direkt 
richtiggestellt hat

Stefan May schrieb:
> Sorry, ich habe leider Müll geschrieben. 4060 ist ein Zähler, was Du
> benötigst ist ein 4046. Das Datenblatt findest Du hier:
> [...]

Gruß
Carsten

von Falk B. (falk)


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Michael M. schrieb:
>>> Oder mit 4060. Das ist eine PLL mit integriertem Oszilator.
>>
>> Dies halte ich für eine falsche Aussage.
>> mfg
>
> Er meint bestimmt den CD4046. Der hat neben dem integrierten Oszillator
> sogar zwei PLLs.

Unsinn. Er hat 2 Phasenkomparatoren. Die Originalaussage ganz oben ist 
korrekt!

PLL Phase locked Loop

Alles was man dazu braucht, steckt im 4046. Phasenkomparator und VCO. 
Und komm mir jetzt nicht mit den 2 Widerständen und Kondensator für den 
Schleifenfilter! Für die Dequenzverdopplung braucht man halt noch einen 
externen Zähler, hier ein einfaches Toggle-FlipFlop. Aber nach ~20 
Jahren interessiert daß den OP sicher nicht mehr ;-)

von Egon Schlaf (Gast)


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Weitere Möglichkeiten:
- Mit einer Speicherschaltdiode Oberwellen erzeugen, die gewünschte 
Oberwelle bandpassieren und dann dividieren fürs Tastverhältnis, Bandpaß 
geht natürlich nur, wenn der Frequenzbereich hinreichend klein ist
- Mit einem Oszillator mit mehr als 400 MHz und einem Zähler 4 Impulse 
pro z.B. ansteigender Flanke erzeugen, dann dividieren fürs 
Tastverhältnis

von Egon Schlaf (Gast)


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Korektur: 400 MHz -> 400 kHz

von Jester (Gast)


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Egon Schlaf schrieb:
> Mit einer Speicherschaltdiode Oberwellen erzeugen, die .....

Macht mal nicht so auf 'dicke Hosen' - die Frage stammte auch 2003 ...

Und damals waren wir bei 100Hz ...

von Peter D. (peda)


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Uwe schrieb:
> Also ich plädiere für 4046, ein 2313 ist doch etwas
> übertrieben.

Eine PLL ist recht träge, das Filter benötigt wenigsten 10 Perioden der 
langsamsten Eingangsfrequenz zum Einschwingen. Ein MC gibt schon nach 
einer Periode die neue Frequenz aus.
Vermutlich geht es um die Anpassung von einen Tacho, da möchte man nicht 
erst Stunden später die neue Geschwindigkeit ablesen können.

Uwe schrieb:
> Vor allem musst du einiges beachten um saubere
> Signale zu erzeugen

Eine Entstörung des Eingangssignals zu programmieren, ist überhaupt kein 
Problem. Der Noise-Canceler des Input-Capture sollte aber in der Regel 
ausreichen.
Und der Ausgang ist eh sauber, da Glitch-free, Phase Correct Pulse Width 
Modulator (PWM).

Uwe schrieb:
> der Stromverbrauch ist auch nicht
> zu verachten.

Der ATtiny2313 zieht im Idle bei 1MHz/1,8V etwa 30µA, das kann man 
getrost verachten. Ob man die 4046-Schaltung sparsamer hinkriegt, wage 
ich zu bezweifeln.

von Nachfrager (Gast)


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Tim schrieb:
> Man macht aus dem Rechteck zunächst ein invertiertes und ein
> nichtinvertiertes DreieckSignal.
Welchen BIAS sollen die am Ende haben?
Ich nehme an, der nichtinvertierende läuft von 0 ... X und der 
nichtinvertierende von 0 ... -X. Dann wäre die Differenz immer Positiv.

Damit das funktioniert, müssten beide um ihren Mittelwert schwingen.
Wie bekommt man das hin? Hochpass schränkt die Frequenz ein.
Statisch einstellen geht nicht, wegen der unbekannten Amplitude.
Diese ist sowieso schon ein Limiter.

von Michael M. (michaelm)


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Da "Tim" nach 15 Jahren wahrscheinlich nicht mehr mitliest:

Nachfrager schrieb:
> Welchen BIAS sollen die am Ende haben?
ZU 0V symmetrisch bzw. --> folgende Fragestellung

> Damit das funktioniert, müssten beide um ihren Mittelwert schwingen.
> Wie bekommt man das hin?
Entweder symm. Versorgung oder eine "Masse" (Symbol im Buchauszug 
T./Sch.) auf Ub/2 legen.

> Statisch einstellen geht nicht, wegen der unbekannten Amplitude.
Warum meinst du, die Amplitude sei unbekannt?

von Phil (Gast)


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Nachfrager schrieb:
> Damit das funktioniert

Hier hast du ein praktisches Beispiel für einen Verdoppler
von 50KHz bis 1MHz auf das Doppelte.
http://c-quam.blogspot.com/2019/10/a-cquam-mit-arduino-und-ad9850.html
Simu ist auch dabei. :)

von Michael M. (michaelm)


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Phil schrieb:
> Hier hast du ein praktisches Beispiel für einen Verdoppler
> von 50KHz bis 1MHz auf das Doppelte.

Also genau das, was in Tietze/Schenk beschrieben ist: Integrator + 
Komparator. ;-)

von Phil (Gast)


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Bin auch angenehm überrascht. Das Buch ist offenbar deutlich
besser als sein Ruf. ;)

von Alois (Gast)


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Phil schrieb:
> Bin auch angenehm überrascht. Das Buch ist offenbar deutlich
> besser als sein Ruf. ;)

In meinem Umfeld hat und hatte das Buch immer einen sehr guten Ruf - und 
ich kenne es seit der 4. Auflage.

Die 11. Auflage gehört, was die Kapitel über Bipolar- und 
Feldeffekt-Transistoren angeht, in meinen Augen zu einem der umfassesten 
Werke - und ist trotzdem noch gut lesbar.

Der "Tietze-Schenk" wurde u.A. übersetzt in polnisch, ungarisch, 
russisch, spanisch, chinesisch und englisch. Vieleicht nicht ganz ohne 
Grund?

von Nachfrager (Gast)


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Michael M. schrieb:
>> Welchen BIAS sollen die am Ende haben?
> ZU 0V symmetrisch bzw.
Die Frage ist doch, wie man das hinbekommt. Ich kann das aus der 
Schaltung nicht erkennen. Ich versuche, das in Software nachzustellen 
und gehe von einer symmetrischen "Versorgung" aus:

Wenn beide Integratoren bei 0V loslaufen, dann ist bei einer "1" am 
Eingang der eine steigend und der andere fallend. Bei einer "0" laufen 
sie dann rückwärts und erreichen wieder die 0V. D.h. der eine ist immer 
positiv, der andere immer negativ. Die Differenz also immer positiv.

Phil schrieb:
> ein praktisches Beispiel für einen Verdoppler
Wo bitte in dem Artikel ist der "Verdoppler"?

von Falk B. (falk)


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Alois schrieb:
> Der "Tietze-Schenk" wurde u.A. übersetzt in polnisch, ungarisch,
> russisch, spanisch, chinesisch und englisch. Vieleicht nicht ganz ohne
> Grund?

Fehlt nur noch vulkanisch, romulanisch und Betageuzeianisch. Oder gleich 
einfach als Hörbuch + Babelfisch ;-)

CAPLAH!

von Michael M. (michaelm)


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Nachfrager schrieb:
>> ZU 0V symmetrisch bzw.
> Die Frage ist doch, wie man das hinbekommt. Ich kann das aus der
> Schaltung nicht erkennen.
Genau dort (dein Zitat) habe ich zwei Möglichkeiten beschrieben, wie es 
geht.

> Ich versuche, das in Software nachzustellen
> und gehe von einer symmetrischen "Versorgung" aus:
Softwarelösungen müssen nicht unbedingt immer einfacher sein als 
"einfache Analogtechnik". ;-D

> Wenn beide Integratoren bei 0V loslaufen....
Wie bereits gezeigt: Du brauchst nur einen einzigen Integrator!
Kannst du dich nicht von dem Beitrag (w.o.) mit den zwei Integratoren 
lösen?
Die Lösung des Problems ist doch nun verblüffend einfach... ;-)

> Phil schrieb:
>> ein praktisches Beispiel für einen Verdoppler
> Wo bitte in dem Artikel ist der "Verdoppler"?
Dann such doch einmal; er ist im Block- und detaillierten Schaltbild 
einfach zu finden.

von Nachfrager (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Dann such doch einmal; er ist im Block- und detaillierten Schaltbild
> einfach zu finden.
In welchem der Schaltbilder?

> Genau dort (dein Zitat) habe ich zwei Möglichkeiten beschrieben, wie es
> geht.
Und ich habe nachgefragt wie man es erreicht, dass der Integrator auf 
der Mitte der Spannung loslegt, die man ja nicht kennt, weil die Dauer 
nicht bekannt ist, mit der er integriert. Ohne diese Kenntnis weis man 
weder, wie weit man den Bereich Ub auslegen muss noch, wo UB/2 liegt. 
Bei einem Integrator gibt es immer einen offset, der festgelegt werden 
muss.

> Softwarelösungen müssen nicht unbedingt immer einfacher sein als
> "einfache Analogtechnik". ;-D
Es muss sich ja beschreiben lassen.

Nochmal die Frage:

Ausgehend von (von mir aus) einem Integrator, der bei einem Rechteck 
hoch- bzw runterläuft, ist es nicht definiert, wo der startet. Startet 
man ihn bei Null, bleibt er im Positiven. Sagen wir: er läuft bei 1kHz 
1ms lang hoch und erreicht 1V. Dann braucht es eine Schaltschwelle von 
0.5V, damit er in der Mitte -> 90° schaltet. Bei 500Hz läuft er aber 2ms 
hoch und erreicht 2V. Bei 0.5V Schaltschwelle sind dann 75% des 
Komparators 1 und 25% 0. Bei Schaltschwelle 0V ist er total "1".

Das Einzige, was man machen kann, ist einen HP davor zu legen und dafür 
zu sorgen, dass sich der selber in die Mitte zieht. Das aber dauert, 
macht ihn langsam und klappt bei niedrigen Frequenzen nicht mehr.

von Michael M. (michaelm)


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Nachfrager schrieb:
> In welchem der Schaltbilder?
Es steht im Block-SB. sogar in Klartext drin.
Im Detail-SB ist ein gelber Komparator zu sehen.
Ist das so schwer? :-(

> ..Ausgehend von (von mir aus) einem Integrator, der bei einem Rechteck
> hoch- bzw runterläuft, ist es nicht definiert, wo der startet....
Ich hoffe, du hast Tietze/Schenk im Zugriff. Schau dir dort das Kapitel 
Integratoren an. Dort ist beschrieben, wie die Anfangsbedingungen sind. 
Auch mein kopierter Ausschnitt gibt bereits im Text Hinweise...
Ich sagte ebenfalls, dass man mit Tau = R*C ein wenig spielen muss; eine 
f-Änderung über einen weiten Bereich wird man nicht ohne Weiteres 
erreichen.

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