Hallo, zum Steuern eines Röhrenpiezo brauche ich je Achse eine Steuerspannung von bis zu +- 250Volt. Ich habe nun mal eine Schaltung entworfen, mit der mit einem DAC (vom STM32F429 Disco Board) die Spannung gesteuert werden soll. Zum Piezo: Angehängt ist eine Zeichnung eines Piezo. Außen ist er in vier Elektroden unterteilt (+X, -X, +Y, -Y) und innen ist eine Referenzelektrode. Wird nun eine Spannung zwischen innerer und äußerer Elektrode angelegt, zieht/dehnt sich der Piezo dazwischen aus. Verbindet man beispielsweise die innere Elektrode mit GND, die +X mit +150V und die -X mit -150Volt, so biegt sie der Piezo in eine Richtung. Variiert man die Spannung an der inneren Elektrode, wird der komplette Piezo gestaucht/gedehnt. Auf diese Röhre wird die Probe für das Rasterkraftmikroskop angebracht, und kann so unter der Spitze durchgerastert werden. Eien Elektrode zur inneren kann als Kondensator mit etwa 30nF angesehen werden (im Schaubild 100). Der Scan soll in y-Richtung etwa 10Hz sein, bei 320x240 Pixeln. Zum testen Maximal 100Hz (wird nicht funktionieren, aber lieber zu hoch als zu niedrig einplanen) Zur Schaltung: Zur Spannungsversorgung soll ein Trenntrafo herhalten (Windungen 1:1) der netterweise auch noch einen 14V AC Ausgang dabei hat um Spannung für den Controller und die OPVs zu liefern. Oben links im Bild ist der Trafo mit gleichrichter zu sehen. Rechts davon ist die Spannungsgesteuerte Spannungsquelle mit 2 Transistoren eingezeichnet. (Diese befindet sich noch einmal weiter rechts/unten, für die gegenüberliegende Elektrode) Leider ist zum regeln dieser Quelle ein Signal nötig, das einen Offset besitzt (Durchschalten des Transistors), und umgekehrt proportional zur gewünschten Spannung sein soll. Unten links ist der zweite Teil des Trenntrafo zu sehen mit der 14V AC Spule die ebenfalls gleichgerichtet wird. Daneben soll ein 7812 o.ä. kommen, in LTSpice habe ich dafür einfach eine neue Spannungsquelle genommen. Darüber ist eine Spannungsquelle, die einen Sinus von 0-3.3V ausgibt (das ist der spätere Eingang für den Mikrocontroller). Das Signal wird variabel Verstärkt (Poti R13 am OPV) und anschließend mit einem Regelbaren Offset (R2) in einem weiteren OPV invertiert. Dieses Signal wird an die erste Spannungsquelle weitergeleitet. Für die zweite Quelle, welche die Gegenüberliegende Elektrode genau invertiert versorgen soll, wird dieses Signal noch einmal mit einem Offset (regelbar an R20) invertiert. Oben im Bild ist ein Plot zu sehen, mit den Steuerspannungen in blau und grün und der im Bild verstärkten DAC Spannung vom Mikrocontroller in rot. LTSpice datei ist als Rar angehängt Kann das so funktionieren? Verbesserungen? Grobe Schnitzer?
Angehängte Dateien:
-
piezo.png
23 KB -
AFMSteuerung.png
53 KB
:
Bearbeitet durch User
Mike schrieb: > Gerald G. schrieb: >> LTSpice datei ist als Rar angehängt > > Und warum nicht als .asc? Damit Dummbacken wie du gar nicht erst auf die Idee kommen das zu öffnen.
Hallo, je nach Trafo wirst du Einschaltströme jenseits von gut und Böse bekommen. 1000µF am Stromnetz auf 325V aufladen geht so nicht, du wirst eine Ladeschaltung brauchen (oder einen miesen Trafo + guter Gleichrichter, das ginge auch). Beispiel: PTC - Ladewiderstand der von einem Relais überbrückt wird. Zuerst würde ich nachrechnen, ob das überhaupt nötig ist. Dann würde ich nochmal die Leistung an den Widerständen nachrechnen. R5/R6 machen alleine bis zu 5W. Nur so als Beispiel. Kann man ja mit LT-Spice direkt machen. Für die Referenz würde ich persönlich eine TL431 nehmen statt Spannungsteiler und Opamps - billiger und viel genauer.
Hast du dir schon mal die Ablenkschaltungen aus Oszilloskopen angesehen? Die haben genau die gleiche Aufgabe und sind im Frequenzgang und der Linearität nahezu optimal. Ich bin jetzt deine Schatung nicht im einzelnen durchgegangen, empfehle dir aber trotzdem, nochmal einige andere Schaltungen zu studieren.
Gerald G. schrieb: > LTSpice datei ist als Rar angehängt > Kann das so funktionieren? Mich wundert, dass du aus einem unlinearen Verstärker ohne Feedback der die 10nF nur über 20k entlädt doch so einen sauberen Sinus bekommst. 10Hz in der schnellen Achse? Und im Raster fahren, d.h. ohne zu scannen zurück, also 24 Sekunden für ein Bild? Wie wahrscheinlich ist es denn, derweil nicht von Erschütterungen gestört zu werden? Meiner Erfahrung nach 0. Fertige OpAmps gibt's hier: http://powerampdesign.net/poweropamps/5002000voltmodels.html
Danke schonmal an euch drei. Somebody123: Danke für den Hinweis. Habe nun mit einem etwa 1microF Kondensator und einem 330Ohm Widerstand in Reihe dazu den Strom begrenzt. Den genauen Werte berechne ich wenn ich den endgültigen Stromverbrauch habe (fehlen ja noch y-Steuerung und z-Steuerung) Eventuell tausche ich den 330Ohm Widerstand noch gegen einen KTC, aber das eine Watt gönne ich mir zunächst. R5/R6 muss schon in dem Bereich bleiben, da sonst der Kondensator nicht schnell genug entladen wird. Das mit dem TL431 schaue ich mir noch an. Matthias Sch.: Auch danke für deinen Tipp. An das mit dem Osilloskop habe ich nicht gedacht. MaWin: Bei dem rauen Ton der hier normal herrscht nehme ich das einfach mal als Kompliment :D Der Verstärker ist bei Verstärkung >> 1 linear. Vielleicht hau ich mich auch noch einen Regler mit dazu, sind halt noch einmal ein paar OPVs mehr. Nicht dass ich da den Überblick verliere. Dafür muss ich die Spannungsquelle nicht mehr stabilisieren. Und ja, 10Hz an der schnellen Achse. 24 Sekunden für ein Bild sind gar nichts. Bei meiner Diplomarbeit habe ich ein Rasterkraftmikroskop gebaut das bei großen Aufnahmen (im mm Bereich) auch mal 2 Tage durchgemessen hat. Beim Rasterkraftmikroskop wird übrigens immer "oversampled", das heißt der zu messende Bereich wird am dem Kanten überfahren, nur bekommt das der Anwender nicht mit. Auch wird immer in beide Richtungen gemessen. Das Erschütterungsproblem verschiebe ich nach hinten, da ich Zugang zu Schwingtischen habe. Und ja, Hochspannungs OPVs kann man kaufen, das Geld gebe ich dafür aber nicht aus (zumal ich mindestens zwei brauche). Außerdem sind mir Hersteller unsympathisch die keine Preise in ihren Katalog schreiben, der mühevoll mit 24kB/s heruntergeladen wurde.
Angehängte Dateien:
-
afmgeregelt.png
56 KB
Soo, habe nun einen PID regler hinzugefügt. Gezeigt ist ein Sinus bei 100Hz (1kHz sind auch fast drin). Falls jemand die Datei in LTSpice laden möchten, muss er noch unter C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\lib\cmp die standard.bjt ersetzen, da ich einen Transistor definieren musste, der über 100V aushält.
Angehängte Dateien:
-
X-Amp_Hameg.png
30 KB
Gerald G. schrieb: > da ich einen Transistor definieren musste, > der über 100V aushält. Das macht z.B. ein BF457(160V), BF459(300V) oder ein BF420, je nachdem, wieviel Strom du möchtest. Bei dem Aufwand, den du da treibst, würde es mich allerdings nicht wundern, wenn dir das ganze Dings aus dem Ruder läuft. Wofür brauchst du denn die Massen von Opamps? Als Anregung habe ich dir mal den X-Verstärker meines Hameg 203-6 angehängt. Alte Schaltung, aber gut.
:
Bearbeitet durch User
Super Matthias, danke. Hatte wohl auch nicht den passenden Begriff für den Oszi Verstärker. Ich simuliere mir mal das ganze, weil ehrlich gesagt ist mir das mit den ganzen Transistoren etwas zu hoch. Bei OPVs muss man ja immer nur schauen welche Grundschaltung vorliegt, und man weiß was mit dem Signal passiert. Bei Transistoren kann ich das (noch?) nicht so gut. Sind zwar viele OPVs in meiner Schaltung, aber es gibt ja genug ICs mit mehreren OPVs. Und es sind ja allein 4 Spannungsfolger. Ich simuliere mal den angehängten Schaltplan, vielleicht wird der dann ja doch noch PID geregelt. Also dein Verstärker anstatt meinem, und trotzdem noch die ganzen OPVs ^^ Muss sich natürlich lohnen, ansonsten nur dein Verstärker (wenn ich ihn denn vollständig verstehe ^^) Vielen dank nochmal! :)
Angehängte Dateien:
-
NeuerSchaltplan.png
32 KB
So, nun habe ich auf Basis eines einfachen Audio Verstärkers den Amp entwickelt. Die zwei OPVs werden gebraucht, um das Signal etwas nach oben zu verschieben und gleichzeitig zu verstärken (damit der Verstärker nicht zu sehr verstärken muss). Widerstände muss ich noch genau ausrechnen. Besser?
Gerald G. schrieb: > un habe ich auf Basis eines einfachen Audio Verstärkers den Amp > entwickelt. Warum haben alle Audioverstärker einen Kondensator über Q2 und warum fehlt der bei dir?
Danke MaWin, ich merke schon, in diesem Bereich kennst du dich aus. Ja, der Bandbreitenkondensator (weiß nicht wie man den nennt) war da und ist auch da. Ist beim herumspielen mit der Schaltung entfernt worden, und vergessen wieder einzusetzen -_-" Deswegen auch der "Knick" in der Leitung am Transistor. Meinst du mit diesem einfachen Verstäker könnte das gehen? Möchte wie gesagt in die Region der 10Hz (höchstens 100Hz zum testen), allerdings eine Dreieckspannung.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.