Kalibrierbare 24V-PWM - Wandlerschaltungmit 5V & 10V Analogausgang

[Dustin K. (labotech)]

Guten Tag liebe Forengemeinde.
Ich lese hier schon seit einiger Zeit mit, habe auch einiges gelernt 
bzw. abgeschaut. ;-)
Nun bin ich gezwungen dieses Thema (siehe Titel) wieder aufzugreifen, an 
welchem ich vor zwei Jahren zuletzt dran war.
Ich bin zwar Elektronik-Anfänger, aber denke doch, manche grundlegenden 
Gesetzmäßigkeiten verstanden zu haben.
Lange Rede, kurzer Sinn...

Ich habe (damals) eine kleine Schaltung zusammen "gegooglet", nun etwas 
angepasst und wollte euch Profis mal drüber schauen lassen, so ihr Lust 
dazu habt.
Desweiteren hätte ich da noch ein Paar grundlegende Fragen zu der 
Schaltung (siehe Bild).

Ziel ist es, ein "24V - 10Bit - PWM-Signal" mit ca. 2kHz in eine 0...5V 
und eine 0...10V Analogspannung umzusetzen mit der Möglichkeit die 
Schaltung kalibrieren ("Gain & Offset") zu können.

Erklärung:
Die erste Stufe wandelt das PWM-Signal mittels Tiefpassfilterung und 
Spannungsaufbereitung in ein 0...(ca.)10V-Analogsignal, mit 
"Gain"-Einstellmöglichkeit vorm Operationsverstärker ("IC4A").
Die zweite Stufe subtrahiert von dem Signal eine Spannung von 0...1V 
(einstellbar = "Offset") und gibt das 0...10V Analogsignal aus.
Die dritte Stufe wandelt die 0...10V in 0...5V um.

Zu den Fragen:
1.)   Stimmt die Schaltung grundlegend?
2.)   Ergibt der "Gain-Spannungsteiler" nach dem Tiefpassfilte(dort) 
Sinn, oder sollte er besser zwischen erste und zweite Stufe?
3.)   Stimmen die Bauteil-Werte (R & C).
4.)   Wie groß muss der Wiederstand von "R9" bis "R12" sein?
5.)   Was könnte man hier noch Sinnvolles mit dem vierten und letzten 
OP-Gatter des IC anfangen?
"Spannungsfolger" für die 0...10V ?
Wenn er un genutzt bleibt, müssen dann die Pins auf GND?

So, das wars erstmal.

Ich möchte mich schon jetzt erfürchtig für eure Geduld und "Hirnschmalz" 
bedanken und hoffe es nimmt sich jemand die Zeit sich mein Problem mal 
anzusehen.

Vielen lieben Dank.
Hochachtungsvoll, labotech

[MaWin (Gast)]

Bei einem 24V PWM Signal mit angeblichen 10 bit, also
hoher Genauigkeit, würde ich davon ausgehen, daß die
Zeiten zwar sehr genau sind, die 24V aber nicht,
und wenn man das Signal wandeln will, sollte man nur
das PWM Tastverhältnis beachten und die Spannung
ignorieren.

Also nicht direkt Tiefpassfiltern, sondern erst in
eine Schaltstufe die z.B. genau 0V/10V draus macht
und erst dann in einen Tiefpassfilter

           74HC14    OpAmp         OpAmp
PWM -4k7-+--|S>--R--+--|>-- 0..5V  -|*2>-- 0-10V
         |          |
        1k          C
         |          |
        GND        GND

S steht für einen Schmitt-Trigger der genau 0V/5V liefert,
*2 für einen Verstärker mit Faktor 2, RC für den Filter
der natürlich auch als aktiver Filter ausgeführt werden
kann aber dann muß der OpAmp mit mehr als 5V und weniger
als 0V versorgt werden.

Die 5V, aus denen der Schmitt-Trigger versorgt wird,
sollten genauer sein als aus einem 7805 oder R7805,
eher LP2950-5 oder TL431B, sonst sind die 10 bit für
die Katz (selbst die angegebenen Spannungsregler sind
nicht 10-bit-genau, aber wenigstens stabil, man kann
also nach einem Einstellen der Potis davon ausgehen,
daß auch morgen dasselbe rauskommt).

Als OpAmp wird es schwierig, wenn er knapp an 0V
herankommen soll. Statt dem LM324 eher ein TS912,
oder wenn man die 0V exakt erreichen muß ein OpAmp der
mit einer negativen Versorgungsspannung versorgt wird.

[Matthias (Gast)]

Dustin K. schrieb:
> Zu den Fragen:
> 2.)   Ergibt der "Gain-Spannungsteiler" nach dem Tiefpassfilte(dort)
> Sinn, oder sollte er besser zwischen erste und zweite Stufe?

Eher nicht. Mit dem Poti greifst du in die frequenzgangbestimmenden 
Teile des Filters ein, d.h. abhängig von der Gain Einstellung hast du 
eine unterschiedliche Filtercharakteristik. Besser ist, R9 dafür zu 
verwenden.

> 3.)   Stimmen die Bauteil-Werte (R & C).
Dafür müßte man wissen, welche Anforderungen du an dein Filter stellst.

> 4.)   Wie groß muss der Wiederstand von "R9" bis "R12" sein?
Weitgehend egal (z.B. 10 kOhm)

> 5.)   Was könnte man hier noch Sinnvolles mit dem vierten und letzten
> OP-Gatter des IC anfangen?

Damit könntest du deine 0..10V Ausgang puffern/entkoppelt, so dass du 
keine Rückwirkung vom 10V Ausgang auf den 5V Ausgang hast.

Warum filters du dein 0..5V Ausgang noch mal nach, nicht aber den 0..10V 
Ausgang. Du könntest einfacher ein C parallel zu R10 schalten.

[Michael (Gast)]

Da die Stufe um IC4B invertiert, bekommst du IMHO negative 
Ausgangssignale :-(