PWM-Signal filtern

[Stefan K. (repman)]

Hallo zusammen,

wer kann mir bei folgendem Problem helfen, stehe momentan etwas auf dem 
Schlauch:

Ich versuche ein PWM Signal eines Arduino zu glätten, was grundsätzlich 
mit dem hier verwendeten Tiefpass gut funktioniert.
(PWM Frequenz 1 kHz)
Schaltung ist angehängt!

Das resultierende Dreieckssignal ist schön flach mit niedriger 
Restwelligkeit. Allerdings steigt ab einem Taktverhältnis von ca. 70 % 
der an den Tiefpass angelegten Rechteckspannung die resultierende 
Spannung nicht mehr an. Hier die gemessenen Werte:
10 % - 0,51 V
20 % - 1,02 V
30 % - 1,51 V
40 % - 2,02 V
50 % - 2,50 V
60 % - 3,01 V
70 % - 3,50 V
80 % - 3,70 V
90 % - 3,70 V
100 % - 3,70 V

Woran liegt das?
Wie kann ich dafür sorgen, dass bei 100 % PWM-Signal auch 5 V ankommen?

Habe das Ganze mit LTSpice simuliert: Das reale Verhalten stimmt mit dem 
simulierten überein, aber warum? Wo liegt der Denkfehler?

Viele Grüße

    Stefan

[Mike (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> Woran liegt das?

Der LM358 kommt mit seinem Ausgangssignal nicht weiter an die positive 
Versorgungsspannung ran (Datenblatt High-Level output voltage). Such mal 
nach einem Rail-to-Rail OP.

[npn (Gast)]

Mike schrieb:
> Such mal nach einem Rail-to-Rail OP.

Oder versorge den OPV mit einer größeren Spannung. Geht in diesem Falle 
auch.

[chrismid (Gast)]

Hallo,

das liegt wohl daran, dass der verwendeter OPV nicht Rail-to-Rail-fähig 
ist. So kann er nur eine Spannung am Ausgang darstellen, die deutlich 
kleiner als die Versorgungsspannung ist.

[michl (Gast)]

Hallo Stefan,

das Verhalten liegt nicht am Tiefpass, sondern an deinem 
Operationsverstärker. Miss mal die Spannung dierekt nach dem Tiefpass. 
Was du hier brauchst ist ein Rail-to-Rail OP.

[Detlef K. (adenin)]

Das liegt daran, das im Datenblatt für die Ausgansspannung des LM358 
VDD-1.5V angegeben ist.
Es gibt drei Wege:
1.Ändere das Datenblatt. ;)
2.Verwende einen Rail-to-Rail OPV.
3. erhöhe die Versorgungsspannung des LM358 auf ca. 7V

[Greg (Gast)]

Du versorgst den LM358 mit 5V. Der Ausgang des Ops läßt nicht mehr 
Spannung raus. Du kannst ja mal den OP mit +-12V versorgen und 
simulieren. Dann bekommst du auch mehr Spannung heraus. Versuche auch 
einen besseren Filter zu benutzen. Dann wird auch die Restwelligkeit 
kleiner.

[Stefan K. (repman)]

Vielen Dank an alle für die schnellen Antworten!

Das war´s natürtlich. Wenn ich den OP-Amp mit 12 V versorge, kommen auch 
die veranschlagten 5 V heraus!
Die Simulation zeigt das dann natürlich auch.

Nach dem Rail2Rail OpAMP muss ich erst noch suchen.

Viele Grüße

    Stefan

[npn (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> Das war´s natürtlich. Wenn ich den OP-Amp mit 12 V versorge, kommen auch
> die veranschlagten 5 V heraus!

Das war's natürlich noch nicht ganz :-)
Gib mal 10% oder 5% PWM auf die Schaltung, da wirst du sehen, was ich 
meine.
Also doch Rail2Rail oder eine bipolare Versorgung des OPV.

[Mike (Gast)]

Greg schrieb:
> Versuche auch einen besseren Filter zu benutzen.

Einen Tiefpaß zweiter Ordnung könnte man z.B. so aufbauen:
http://www.aktivfilter.de/sallen-key-tiefpass.htm

[Stefan K. (repman)]

Hallo npn,

ehrlich gesagt, weiss ich nicht was du meinst.
Sowohl bei 5 % als auch bei 10 % funktioniert die Schaltung, wie sie 
soll. Und zwar in der Simulation und in der Realität.

Viele Grüße

   Stefan

[npn (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> Hallo npn,
>
> ehrlich gesagt, weiss ich nicht was du meinst.
> Sowohl bei 5 % als auch bei 10 % funktioniert die Schaltung, wie sie
> soll. Und zwar in der Simulation und in der Realität.
>
> Viele Grüße
>
>    Stefan

Ja, sorry. Du hast recht.
Der LM358 kommt bis auf ein paar mV an 0V ran. Ich ging von einem OPV 
aus, der kein R2R ist. Da kam ich auch bei einer kleineren PWM (z.B. 5%) 
nicht unter ca. 0,7V am Ausgang.
Aber der LM358 kann das, und mit einer größeren VCC schafft er auch die 
5V bei 100% PWM.
Also alles in Ordnung :-)

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

zu dem Thema hab ich auch mal was geschrieben:
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_PWM#Tiefpassfilter-Berechnung