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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik konstante, niederohmige Spannung mit PWM?


Autor: Johannes (Gast)
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Hallo zusammen,

folgendes Problem: ich muss ein Steuersignal (0..5V) erzeugen. Ich habe 
auf meiner Platine einen AVR(5V, 16MHz) und habe einfach den PWM 
hergenommen und ein R-C-Filter drangehängt (12kOhm mit 68nF, freq=1,2x 
kHz). Leider zieht die Steuerung scheinbar Strom, so daß die Spannung am 
R-C-Glied einbricht, wenn die Steuerung angeschlossen ist. 
Spannungeinbruch/Widerstandswert = 140uA.

Mein PWM arbeitet schon im 10bit Fast Mode (Auflösung ist wichtig, 
deswegen 10bit), also 15,x kHz Grudfrequenz.

Wie kann ich diese Spannung möglichst konstant halten? Wie macht man das 
geschickt (und möglichst einfach)?

mg,
Johannes

Autor: Matthias (Gast)
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OPV als Spannungsfolger

Autor: Andi (Gast)
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oder R verkleinern und C vergrössern. z.B. 180 Ohm und 4.7uF als R/C 
Filter.

Autor: Johannes (Gast)
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Hallo,

danke für die Antworten. Die Variante mit dem OPV als Spannungsfolger 
ist vermutlich das Beste. Damit löse ich das Problem der Niederohmigkeit 
am Ausgang, die konstante spannung aber nicht, die muss ich ja für den 
OPV-Eingang immer noch erzeugen. Habe mit OPVs noch kein Erfahrung, aber 
auch keine Angst davor :) Was nimmt man da zB für einen Chip? Was für 
Versorgungsspannungen braucht man dafür? Habe auf der Platine 
(vorläufig) nur 0..5V zur Verfügung.

Das mit dem Verkleinern des R und Vergrößern des C ist nicht das Beste, 
weil sich die Filtereigenschaften ändern. Das verbleibende Ripple auf 
der Ausgangsspannung ist bei dickerem C größer... und dann hab ich keine 
"möglichst konstante" Spannung mehr.

Dieses Problem aus PWM ein konstantes (und niederohmiges) Signal zu 
erzeugen kann doch nicht neu sein. HAbe aber keine Beispielschaltung 
dazu gefunden. Kennt ihr so eine?

mg,
Johannes

Autor: Gast2 (Gast)
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OP als Tiefpass vielleicht?

Beim OP kommts natürlich immer drauf an, was für eine 
Spannungsversorgung du zur Verfügung hast bzw. wie weit du dich den 0/5V 
annähern musst.

Autor: Falk (Gast)
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@Johannes

>danke für die Antworten. Die Variante mit dem OPV als Spannungsfolger
>ist vermutlich das Beste. Damit löse ich das Problem der Niederohmigkeit

Genau.

Nimm nen LM358, ist billig und für das Problem ausreichend. Einfach Das 
gefilterte PWM Signal an den + Eingang, der Ausgang direkt mit dem - 
Eingang verbinden fertig. Doch halt. Um 0-5V erzeugen zu könen braucht 
der LM358 min. 6,5V Versorgungsspannung. Wenn du die nicht hast brauchst 
du einen sog. Rail-to-Rail OPV, der kann auch mit 5V Versorgung 5V am 
Ausgang erzeugen. Da hab ich jetzt leider keinen Typen parat.

>am Ausgang, die konstante spannung aber nicht, die muss ich ja für den
>OPV-Eingang immer noch erzeugen. Habe mit OPVs noch kein Erfahrung, aber

Ist keine Problem, der Eingang vom OPV ist sehr hochhoming.

>Das mit dem Verkleinern des R und Vergrößern des C ist nicht das Beste,
>weil sich die Filtereigenschaften ändern. Das verbleibende Ripple auf
>der Ausgangsspannung ist bei dickerem C größer... und dann hab ich keine

Nööö, wenn die Zeitkonstane gleich ist (R*C) ist auch der Ripple gleich.

MFG
Falk

Autor: mandrake (Gast)
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Deine Schaltung mit passiven Integrierer (RC-Glied) scheint ja soweit zu 
funktionieren. Nur stellt die Schaltung eine Spannungsquelle mit einem 
hohen Innenwiderstand dar.
Das Problem ist also damit gelöst den Innenwiderstand zu transformieren.
Und das macht man am besten mit einem Impedanzwandler. Das wäre zum 
Beispiel ein OPV mit auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelten 
Ausgangssignal.

Ich würde einen OP mit FET Eingang nehmen, die haben einen 
Eingangswiderstand im Giga-Ohm-Bereich und belasten so deinen passiven 
Integrierer nicht.

Die Idee mit dem aktiven Tiefpass ist auch gut, nur hat diese Schaltung 
den Nachteil, dass sie erst oberhalb der Grenzfrequenz integriert, was 
zu einer erheblichen Restwelligkeit führen könnte. Zum Beispiel dann, 
wenn die Grundfrequenz deines PWM-Signals unterhalb dieser besagten 
Grenzfrequenz liegt. Auf der anderen Seite belastest du deinen 
PWM-Ausgang mit dieser Schaltung fast gar nicht, was eine höhere 
Genauigkeit ergeben kann.

Vielleicht simulierst du das ganze mal mit LTSpice. Dann bekommst du 
schon einmal eine Idee welche Bauteilwerte du am besten nimmst.

Autor: Henrik J. (henrikj)
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Ein Rail2Rail OP ist zum Beispiel der OPA2340. Gibts bei Reichelt. Aber 
nur in SMD.

Autor: Johannes (Gast)
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cool!  So ein RailToRail Teil werd ich mir wohl besorgen, das hört sich 
am einfachsten an.
Die Lösung des Problems dürfte also sein:
PWM-Ausgang -> R-C-Glied -> Spannnungsfolger.

Bringt es was wenn ich am SpannungsfolgerAusgang noch ein C ranhänge, zB 
1uF ? (quasi als weitere Glättung) oder auch nur einen kleineren Wert 
10n...

merci,
Johannes

Autor: Falk (Gast)
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@Johannes

>Die Lösung des Problems dürfte also sein:
>PWM-Ausgang -> R-C-Glied -> Spannnungsfolger.

Genau.

>Bringt es was wenn ich am SpannungsfolgerAusgang noch ein C ranhänge, zB
>1uF ? (quasi als weitere Glättung) oder auch nur einen kleineren Wert
>10n...

Nein, wenn du Pech hast schwingt dann dein OPV. Wenn du weiter glätten 
willst, erhöhe den Wiederstand bz. Kondensator vom RC-Glied. Wenn du es 
noch etwas professioneller machen willst, schalte ein zweites RC-Glied 
hinter das erste (aber vor den OPV). Dabei sollte der Widerstand des 
zweiten RC-Gliedes ca. 10mal so gross wie der des ersten sein.

MFG
Falk

Autor: Henrik J. (henrikj)
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Am Ausgang des OP brauchst du kein C mehr, da du ja vorher schon 
glättest. Außerdem musst du beachten, dass manche OPs nicht 
kurzschlussfest sind. Ein Widerstand zur Strombegrenzung ist dann 
Pflicht.

Autor: N. K. (bennjo)
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Ich kann dir für den Zweck noch den MAX4403 etc. empfehlen - gibts von 
Maxim auch als Sample umsonst!

Gruß,
Nikias

Autor: Johannes Philippi (ohanica)
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Aus den bisherigen Ausführungen schliesse ich, dass ich ca. Folgendes 
bauen werde:

PWM-Ausgang -> RC-Glied (47kOhm, 68nF =>ca. 3ms Zeitkonstante=^= ca. 
300Hz) -> Spannungsfolger (mit MAX4403, den kann man mit Vss=0V, Vdd=5V 
betreiben)

Und dann muss die Steuerung für die ich das Signal brauche funktionieren 
:)

Danke für eure Tips, echt cooles Forum hier. Habe mich jetzt auch 
registriert... nach knapp zwei Jahren Gast-Dasein.
Mg,
Johannes

Autor: Falk (Gast)
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@Johannes Philippi

>PWM-Ausgang -> RC-Glied (47kOhm, 68nF =>ca. 3ms Zeitkonstante=^= ca.
>300Hz) -> Spannungsfolger (mit MAX4403, den kann man mit Vss=0V, Vdd=5V
>betreiben)

Bei 300Hz RC-Filtergrenzfrequenz (was für ein Wort) und 15 kHz 
PWM-Frequenz hast du ca. 25mV Ripple (Peak-Peak). 10 Bit/5V sind aber 5 
mV Auflösung, dein Ausgangsspannung zappelt also um ca. 5 LSB. Wenn du 
deinen Filter zweimal hintereinander schaltest hast du nur noch ~40uV 
Ripple. Das sagt zumindest Pspice.

MFG
Falk

Autor: Johannes Philippi (ohanica)
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Aha,

das mit dem Ripple hatte ich auch schon Probiert und zwar in Simulink. 
Allerdings nur mit einfachem Filter. Dan mach ich vielleicht doch zwei 
Filter  mit gleicher Zetikonst. in Reihe hinein, so wie dus sagst. Nur 
die Dimensionierung muss dann anders sein, R2 = 10R1 und entsprechend 
C1=10C2.

Warum muss das eigentlich sein, daß der R im zweiten filter größer ist?

mg,
Johannes

Autor: Falk (Gast)
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@Johannes Philippi

>Filter  mit gleicher Zetikonst. in Reihe hinein, so wie dus sagst. Nur
>die Dimensionierung muss dann anders sein, R2 = 10R1 und entsprechend
>C1=10C2.
>Warum muss das eigentlich sein, daß der R im zweiten filter größer ist?

Du kannst auch zweimal die gleichen Bauteile verwenden. Meine Aussage 
mit dem 10fachen Widerstand war ein wenig theoretischer Natur, denn 
idealerweise sollte der zweite RC-Filter den ersten nicht belasten, 
sonst stimmt die vereinfachte Betrachtung der Freqeunzgänge nicht. 
Idealerweise sind beide Filter durch einen OPV entkoppelt. Praktisch ist 
das hier aber nicht nötig.

MfG
Falk

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Schau Dir mal den Schaltplan zum STK500 an, da wurde ein OV mit 
nachgeschaltetem LM317 verwendet. Die Sache hatte ich mal nachgebaut für 
einen EEPROMMER, funktioniert einsame Spitze und ist bei Verwendung des 
TO220-LM317 mit 1,5A belastbar.

Autor: Johannes Philippi (ohanica)
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gute Idee mit dem einstellbaren Spannungsregler dahinter.

merci.
Johannes

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