Hallo zusammen. Ich setze zum ersten Mal OPVs ein, um ein Signal aufzubereiten. Ein Mikrocontroller mit D/A-Wandler gibt ein 16bit wertdiskretes Signal im Bereich von 0..5V aus (Sinus, Dreieck, Rechteck, etc.). Der Controller arbeitet konstant mit 100kHz (100.000 Samples pro Sekunde). Mit meiner OP Schaltung möchte ich nun die Signalauslenkung und den Gleichanteil einstellen. Folgendes habe ich mir überlegt. 1. Ein aktiver Impedanzwandler sitzt hinter dem diskreten D/A-Wandler. 2. Ein aktives Tiefpassfilter glättet den Treppeneffekt, fg = 40 kHz. Einen Sinus generiere ich mit maximal 20 kHz. 3. Ein invertierender Summierverstärker invertiert das Signal und verschiebt es, so dass der Gleichanteill 0 wird. Das Signal bewegt sich nun zwischen -2.5 und 2.5 Volt. 4. Ein weiterer invertierender Summierverstärker führt nun die folgenden Schritte durch: a) Das Signal wird in Abhängigkeit eines Potentiometers (0..220k) skaliert. Die Auslenkung aus dem Mittelwert läßt sich so zwischen 0.1 V und 3 V einstellen. b) Das Signal wird um 5.2 V nach unten verschoben. c) Das Signal wird in Abhängigkeit eines Potentiometers (0..220k) wieder um 1.7 V bis 8.2 V nach oben verschoben. Effektiv brauche ich 4 OPs. Das Signal kann ich in der Auslenkung von 0.1 bis 3 V einstellen. Der Gleichanteil bewegt sich zwischen -3.5 V und +3.8 V. Alles Werte mit denen ich arbeiten kann :) Hier meine Fragen: 1) Kann ich durch intelligentere Schaltungen einen OP einsparen? 2) Brauche ich am Ende noch einen impedanzwandler? Ich will das Ausgangssignal in der Spitze mit ca. 40 mA belasten. 3) Macht der Tiefpass vielleicht eher am Ende der Schaltung Sinn? Er könnte da eventuell das Rauschen der OPs minimieren. Freue mich auf eure Vorschläge oder Anmerkungen zu der Schaltung :) Viele Grüße, Felix9
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> Ein Mikrocontroller mit D/A-Wandler gibt ein 16bit wertdiskretes Signal
im Bereich von 0..5V
1. Wenn man schon ein so gutes Signal hat, dann verbietet sich jedes
Poti. Überlege dir die Funktion des Potis. Da rutscht ein Schleifer über
eine Widerstandsschicht. Das ist doch total instabil und rauscht
verglichen mit dem Rest hundert mal mehr.
2. Die Stromversorgung als Quelle für die Offsetspannung ist ungenau und
rauscht auch ein Mehrfaches der Opamp und Widerstände.
3. 40mA Last geht einher mit vermutlich bis zu 400mW Verlustleistung.
Das gann nicht jeder Opamp. Such dir einen der z. B. eine
Kühlmöglichkeit bietet.
Lösung für 1. und 2. (Offsetverschiebung)
Nimm einen DAC plus Referenzspannungsquelle.
Hallo Helmut, danke für deine Antwort. Helmut S. schrieb: > 1. Wenn man schon ein so gutes Signal hat, dann verbietet sich jedes > Poti. Überlege dir die Funktion des Potis. Da rutscht ein Schleifer über > eine Widerstandsschicht. Das ist doch total instabil und rauscht > verglichen mit dem Rest hundert mal mehr. Die Signale sollen ja beliebig verstellt werden können. Alternativ könnte ich nochmal meinen Mikrocontroller mit nem 2. D/A-Wandler bemühen um das Signal zu verschieben. Sehr aufwendig... Helmut S. schrieb: > 2. Die Stromversorgung als Quelle für die Offsetspannung ist ungenau und > rauscht auch ein Mehrfaches der Opamp und Widerstände. Was ist die Alternative? Extra Festspannungsregler an den OP? Oder lieber eine Diode zur Spannungsstabilisierung? Helmut S. schrieb: > 3. 40mA Last geht einher mit vermutlich bis zu 400mW Verlustleistung. > Das gann nicht jeder Opamp. Such dir einen der z. B. eine > Kühlmöglichkeit bietet. Finde ich. Ansonsten kann ich auch runter mit der Leistung. Helmut S. schrieb: > Lösung für 1. und 2. (Offsetverschiebung) > Nimm einen DAC plus Referenzspannungsquelle. Über die Referenzspannungsquelle stelle ich dann Offset und Auslenkung ein? Muss ich mal recherchieren... Wollte eigentlich meinen diskreten D/A Wandler nehmen, da dieser innerhalb von 1 Takt reagiert. Die DAC ICs werden immer seriell gespeist, was für mich enormen Zeitverlust bedeutet. Der Mikrocontroller taktet ja nur mit 20 Mhz. Samplerate ist 100 kHz. Also habe ich grad mal 200 Takte um Signale zu berechnen und auszugeben. Das haut nicht hin.
Mit einem 16bit DAC kann ich das Signal ja schon beliebig einstellen. Allenfalls moechte man vom unipolaren DAC einen bipolaren Output haben. Das macht man dann mit einem festen Subtrhierer. Also genau einem einzigen OpAmp. Und subrahiert eine Referenz, nichts von der Speisung. Was soll denn die Bandbreite des Signales sein, die 100kSample hab ich gelesen ?
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Bearbeitet durch User
Jetzt N. schrieb: > Und subrahiert eine Referenz, nicht von der Speisung. Optimalerweise die Referenz des DAC. Stichwort rationmetrisch. Ausserdem sollte man sich überlegen welche genauigkeit man will. Wenn man 1% Widerstände für den Subtrahierer nimmt, kann man auch auf einen 8 Bit Wandler gehen.
Vielleicht genuegen ja die 16 Bit Aufloesung. zB fuer einen Regelkreis.
Was ist denn die minimale Frequenz, die du ausgeben möchtest? Koppelkondensatoren machen das Leben ja oft wesentlich leichter...
Minimum ist ein Sinus mit 5 Hz. Ich lasse aber auch Rechtecke Signale mit 0.2s Pulsdauer drüber gehen. Enthält ja sicherlich auch noch mal sehr niedrige Frequenzanteile.
Felix9 schrieb: > Rechtecke Signale mit 0.2s Pulsdauer... > Enthält ja sicherlich auch noch mal sehr niedrige Frequenzanteile. Wenn du statt Pulsdauer die Periodendauer meinst, dann sind es genau 5Hz. Wenn du mit Pulsdauer aber die Dauer der (z.B.) High-Pulses meinst, dann ist die niedrigste Frequenz davon abhängig, wie schnell diese Pulse aufeinander folgen... Felix9 schrieb: > Die Signale sollen ja beliebig verstellt werden können. Diese "Verstellung" von Offset und Verstärkung macht man sinnvollerweise am besten vor der DA-Wandlung. Denn dort ist es eine absolut rauschfreie(!!) Addition und Multiplikation. Dann muss man nur noch dafür sorgen, dass der 16-Bit-Wert möglichst rauschfrei weiterverarbeitet und verstärkt wird. Was du vergessen hast zu erwähnen: WOFÜR brauchst du denn das Ganze?
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Bearbeitet durch Moderator
Felix9 schrieb: > Mit meiner OP Schaltung möchte ich nun die Signalauslenkung und den > Gleichanteil einstellen. Da müsste ein "Spannungsteiler mit Offset" reichen. Such mal hier im Tutorial danach. Vielleicht noch ein OPV als Spannungsfolger dahinter, um den Ausgangswiderstand zu erniedrigen. Wie schon gesagt, bestimmen die Potis die Genauigkeit Deiner Schaltung. Du brauchst da besonders hochwertige Exemplare.
Felix9 schrieb: > Minimum ist ein Sinus mit 5 Hz. Ich lasse aber auch Rechtecke Signale > mit 0.2s Pulsdauer drüber gehen. Enthält ja sicherlich auch noch mal > sehr niedrige Frequenzanteile. Auch beim Rechteck ist die Grundfrequenz die tiefste vorkommende Komponente ;-)
Ob man den 1. Impedanzwandler braucht, hängt vom DAC ab. Je nach Ausführung geht es auch ohne. Die Verschiebung des DC Pegels auf 0 V kann man auch mit beim Filter Eingang erledingen - man verliert dabei aber etwa die Hälfte der Amplitude. Die Ref. Spannung für den Offset sollte man noch einmal Stabilisieren / Filtern. Ggf. kann/sollte man auch die Ref. Spannung des DAC als Basis nutzen. Da braucht man also ggf. ein OP mehr. Die Amplitudeneinstellung ist so noch nocht gut gelöst. Ob man einen Poti haben will ist die eine Frage. Die feine Einstellung könnte man z.B. per Software oder über die Ref. Spannung des DAC machen. Für die grobe Einstllung wären ggf. CMOS schalter die passende Wahl. Auch ein Digitaler Poti wäre ggf. passend. Wenn es mit dem Poti sein soll, dann eher als Spannungsteiler nach Masse. Das hinzufügen eine Offsets am Ausgang geht in etwa so - sollte aber wie die ganze Schaltung eher etwas niederohmiger sein. Eine Extra Stufe am Ausgang ist eher nicht nötig. Es ist sogar gut wenn der Ausgangsverstärker etwas Verstärkung (z.B. 2-5 fach) liefert, das erhöht die Stabilität. Je nach OP sind 40 mA am Ausgang gerade so noch drin. Allerdings sollte hinter dem OP eine Ausgangswiderstand sein, etwa um auf 50 Ohm zu kommen. Der einfache 2 Stufeige Filter wird noch keinenw wirklich guten 20 kHz Sinus geben. Da dürften noch deutliche Spiegelfrequenzen (z.B. 80 kHz) mit durchkommen. Das Problem ist aber, dass ein steilerer Filter das Dreieck und Rechteck verzerren dürfte.
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