Spitzenwert Dreieckspannung ermitteln

[Carsten B. (cbr)]

Hallo,

habe folgendes Verständnissproblem:

ich möchte den Spitzenwert einer Dreieckspannung ermitteln. Die Spannung 
gebe ich über eine Diode auf einen Kondensator. Dieser läd sich nun auf 
den Spitzenwert der Eingangsspannung minus Flussspannung der Diode auf. 
So die Theorie.

Meine Eingangsspannung kommt aus einem SNT und hat ein veränderliches 
Tastverhältnis, je nach Belastung. Der Spitzenwert dieses Dreiecks ist 
aber immer gleich. Nun habe ich die Höhe der Ausgangsspannung nach der 
Gleichrichtung gemessen und siehe da, der angebliche Spitzenwert ist 
abhängig vom Tastverhältnis.

Woran liegt das, oder wo ist der Denkfehler?

Eine bis auf die wesentlichen Teile abgespeckte Simu in LT Spice sagt 
genau das gleiche.

Ratlos

[Carsten B. (cbr)]

Das Thema scheint ja nicht der Bringer zu sein. :-( Meine erfahrenen 
Kollegen sind auch etwas Ratlos. Trotzdem noch jemand Muse darüber 
nachzudenken?

[Viertopfzerknalltreibling (Gast)]

http://en.wikipedia.org/wiki/Precision_rectifier

noch ein Opamp dazu ;)

[JensM (Gast)]

Sind die Sperrschichkapazitäten der Diode ein Problem?

Das ganze mal etwas langsamer laufen lassen.

Gruß JensM

[Dietrich L. (dietrichl)]

Sperrstrom der Dioden? Je länger im gesperrten Zustand, um so mehr wird 
der Kondensator entladen.
Das müsste man durch Variieren der Diodenparameter beweisen oder 
widerlegen können.

Gruß Dietrich

[Carsten B. (cbr)]

JensM schrieb:
> Sind die Sperrschichkapazitäten der Diode ein Problem?
>
> Das ganze mal etwas langsamer laufen lassen.
>
> Gruß JensM

Dietrich L. schrieb:
> Sperrstrom der Dioden? Je länger im gesperrten Zustand, um so mehr wird
>
> der Kondensator entladen.
>
> Das müsste man durch Variieren der Diodenparameter beweisen oder
>
> widerlegen können.
>
>
>
> Gruß Dietrich

Das die nichtideallen Parameter der Dioden die Ursache sein könnten, 
habe ich auch zuerst gedacht, aber im LT Spice habe ich die Ideale Diode 
benutzt. In der Simu sind keine Sperrströme zu erkennen.

Viertopfzerknalltreibling schrieb:
> noch ein Opamp dazu ;)

Mit dem OP habe ich auch simuliert. Jetzt sind beide Spannungen gleich. 
Nur witzigerweise sind die jetzt höher, als die Maximale 
Eingangsspannung.

[Carsten B. (cbr)]

Hier noch ein Bild zu meinen Aussagen: Uout_3 und Uout_4 sind beide ca. 
1.25V Uin war maximal 1V und die Ströme sind an der Rechten Ordinate zu 
sehen. Keiner wird negativ.

[Johannes E. (cpt_nemo)]

Mach doch an die Kondensatoren mal (hochohmige) Entlade-Widerstände, 
damit man unterscheiden kann, welche Spannung vorher Puls schon da war 
und was tatsächlich durch einen einzelnen Puls dazu kommt.

[Paulchen Panther (Gast)]

Hi!

Bin mir nicht sicher ob es hilft: Spice macht gerne Probleme, wenn 
Kondensatoren direkt mit Spannungsquellen verbunden sind. Hier hilft ein 
kleiner Widerstand (z.B. {1/gmin} oder 1 nOhm) in Reihe zur 
Spannungsquelle.
Ob es bei dir wegen der Dioden auch nicht funktioniert, weiß ich nicht.

Gruß
PP

[UR Schmitt (Gast)]

@Carsten: Wenn du die Tipps von Johannes und Paulchen Panther 
ausprobierst wäre es nett das Ergebnis hier zu posten.
Danke.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wollte ich schon vor ein paar Stunden schreiben, bin aber immer wieder
abgelenkt worden:

Durch den schnelleren Spannungsanstieg im Fall 1 ist der Ladestrom und
damit der Spannungsabfall an der Diode größer als im Fall 2. Die Konden-
satorspannung ist deswegen geringer.

> Das die nichtideallen Parameter der Dioden die Ursache sein könnten,
> habe ich auch zuerst gedacht, aber im LT Spice habe ich die Ideale
> Diode benutzt. In der Simu sind keine Sperrströme zu erkennen.

Nein, die Standarddiode von LTspice ist nicht ideal. In Sperrrichtung
verhält sie sich etwa wie ein Widerstand mit 1TΩ. Ohne Sperrstrom würde
die Kondensatorspannung trotz des Spannungsabfalls an der Diode tatsäch-
lich asymptotisch gegen 1V gehen. Da aber der Diodenstrom bei Uf<0,5V
sehr gering wird, wird es relativ lange dauern, bis bspw. 99% der Soll-
spannung erreicht sind.

> Mit dem OP habe ich auch simuliert. Jetzt sind beide Spannungen
> gleich. Nur witzigerweise sind die jetzt höher, als die Maximale
> Eingangsspannung.

Du musst wahrscheinlich im Simulation-Command-Dialog noch "Skip Initial
operating point solution" aktivieren, um brauchbare Ergebnisse zu erhal-
ten.

Der Präzisionsgleichrichter mit Opamp und Diode stellt hohe Anforderun-
gen an die Slewrate des Opamps. Gerade bei kurzen Anstiegs- und Abfall-
zeiten des Eingangssignals ist eine hohe Genauigkeit nur schwer hinzube-
kommen.

[Falli (Gast)]

>Woran liegt das, oder wo ist der Denkfehler?

Hat das nicht mit der "reverse recovery time" der Diode zu tun? Während 
der Low-Flanke ist die Diode noch auf und entlädt gerade wieder den Cap. 
Probier die Schaltung mal mit einer schnellen 1N4148 und vergrößere mal 
die Abfallzeiten.

>Mit dem OP habe ich auch simuliert. Jetzt sind beide Spannungen gleich.

Weil der OPamp nicht so schnell ist und die sehr kurze Abfallzeit nicht 
mitmacht. Die schnelle 1N4148 hat dadurch genügend Zeit rechtzeitig zu 
schließen.

>Nur witzigerweise sind die jetzt höher, als die Maximale
>Eingangsspannung.

Der OPamp zeigt etwas Ringing, weil er kapazitiv belastet ist und füllt 
den Cap mit etwas zu viel Ladung.

[Carsten B. (cbr)]

Yalu X. schrieb:
> Wollte ich schon vor ein paar Stunden schreiben, bin aber immer wieder
>
> abgelenkt worden:

Ging mir genauso heute.

Yalu X. schrieb:
> Durch den schnelleren Spannungsanstieg im Fall 1 ist der Ladestrom und
> damit der Spannungsabfall an der Diode größer als im Fall 2. Die Konden-
> satorspannung ist deswegen geringer.

Das klingt plausibel. Aber hat nicht auch die Schaltzeit der Diode damit 
zu tun? Wenn die Peaks sehr kurz sind, schafft es die Diode nicht zu 
leiten und der Peak ist schon wieder weg, bevor ein Strom fliessen kann.

Yalu X. schrieb:
> Du musst wahrscheinlich im Simulation-Command-Dialog noch "Skip Initial
> operating point solution" aktivieren, um brauchbare Ergebnisse zu erhal-
> ten.

Hab ich gemacht. Sieht jetzt besser aus.

[Carsten B. (cbr)]

Hallo Yalu,

Yalu X. schrieb:
> Du musst wahrscheinlich im Simulation-Command-Dialog noch "Skip Initial
> operating point solution" aktivieren, um brauchbare Ergebnisse zu erhal-
> ten.

Was bewirkt den das aktivieren dieses Dialoges? In meinem bisherigen 
Simulationen habe ich das Häckchen nie gesetzt und die Ergebnisse als 
richtig angenommen. Waren die jetzt alle falsch?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Carsten B. schrieb:
> Was bewirkt den das aktivieren dieses Dialoges?

Normalerweise geht der Transientenanalyse eine DC-Analyse zur Arbeits-
punktbestimmung voran. Dabei werden die Wechselanteile aller Spannungs-
und Stromquellen auf 0 gesetzt, alle Kondensatoren weggelassen und alle
Spulen durch Kurzschlüsse ersetzt. Die Ergebnisse diese Analyse legen
die Anfangswerte für alle Kondensatorspannungen und Spulenströme fest.
Man kann damit in vielen Fällen die Simulationszeit verkürzen, da nicht
erst gewartet werden muss, bis sich die Kondensatoren und Spulen auf
mittlere Werte aufgeladen haben. Das ist insbesondere bei der Simulation
von AC-Verstärkerschaltungen vorteilhaft. Bei Oszillatorschaltungen kann
es aber passieren, dass sie dadurch in einen stabilen Zustand geraten
und deswegen nicht anschwingen.

Mit "Skip Initial operating point solution" (UIC) wird diese DC-Analyse
weggelassen und stattdessen die Anfangswerte für Kondensatorspannungen
und Spulenströme auf 0 bzw. auf die mit IC (initial condition) definier-
ten Werte gesetzt.

Du kannst den Unterschied leicht sehen, wenn du eine Spannungsquelle mit
einem daran angeschlossenen RC-Glied simulierst. Ohne UIC hat der Kon-
densator gleich zu Beginn die gleiche Spannung wie die Spannungsquelle.
Mit UIC ist der Kondensator anfangs entladen, und die Kondensatorspan-
nung steigt gemäß der bekannten Ladekurve an.