Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Probleme bei Integratorschaltung in LTSpice


von Lisa M. (lisa_m)


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Hallo,
ich wollte eine Rechteckspannung (siehe Anhang erstes Signal) mit Hilfe 
eines Integrators in LTSpice integrieren. Folglich sollte man eine 
Dreickesspannung am output des opa messen können. Wenn ich nun aber das 
Ganze simuliere erhalte ich eine undefinierte Spannung am Ausgang (siehe 
Bild: ohne_SW) erst wenn ich einen Schalter einbaue (in LTSpice gibt es 
meines Wissens nur Spannungsgesteuerte Schalter) erhalte ich das 
gewünschte Ergebnis (Siehe mit_SW). Ich vermute, dass es damit 
zusammenhängt, dass ohne Schalter der Kondensator am Zeitpunkt t=0 schon 
irgendwie aufgeladen ist und dann meine ganze Integration beeinflusst? 
Liege ich da richtig? Wenn ja, wie kann man sich das erklären, weil ja 
durch die Rechteckspannung der Kondensator ja auch spätestens nach einer 
halben Periode geleert werden sein sollte? Wie  kann man das ganze in 
LTSpice ohne so einen Spannungsswitcher simulieren.
Vielen Dank für die Antworten!

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von gse354 (Gast)


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Versuch es einmal mit ".tran 0 10m 0 startup".

von Helmut S. (helmuts)


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Die Simulation stimmt doch auch ohne Schalter.
Deine Pulsquelle hat +0,5V bei t=0. Die Verstärkung ist auf -10 
(-100k/10k) eingestellt.

0,5V*(-10) = -5V

Genau bei -5V beginnt die Ausgangsspannung bei t=0. Das ist alles 
richtig. Es kann natürlich sein, dass du eteas anderes wolltest. Du 
könntest mit PWL "repeat forever" das bekommen was du vorhattest. 
Allerdings ist das immer ein ziemliches Probieren bis man hat was man 
will.

Ersetze mal die Zeile PULSE(...) mit der folgenden Zeile.

PWL(0 0 1u 0 1.01u 500m repeat forever (0 500m 249.99u 500m 250.01u 
-500m 499.99u -500m 500.01u 500m) endrepeat

: Bearbeitet durch User
von Lisa M. (lisa_m)


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Hallo,
ich habe das probiet (s.Bild 1), leider hat es nicht funktioniert. Ich 
müsste auch erst mal nach lesen, was das bedeutet, was du mir geschickt 
hast. Das ganze ist auch nicht ganz so wichtig. Viel mehr stelle ich mir 
die Frage, ob meine Vermutung mit dem vorgeladenen Kondensator stimmt?
Außerdem passiert das Gleiche, wenn ich R1 zu 1 MegOhm wandle (s. Bild 2 
und Bild 3). Ich hab gelesen, dass tau=R1*C1 zehnmal größer als die 
Periodendauer sein soll, um eine gute Integration zu bekommen.
Könnte mir jemand das mit den Zeitkonstanten noch mal genauer erklären 
(auch R1*C1) oder sagen, wo ich das am besten nachlesen kann. Ich habe 
bis jetzt nichts vernünftiges gefunden.
Vielen Dank!

von J. T. (chaoskind)


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Das Problem sollte eigentlich mir ".startup" erledigt sein. Du kannst 
auch Rechtsklick in Schaltplan --> Edit Simulation Cmd --> Reiter 
Transient, dort ein Häkchen bei "Start external DC supply voltages at 
0V".

So haben Integratoren bei mir immer schöne Dreiecke gemacht.

von gse354 (Gast)


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Warum verwendest du nicht Helmuts PWL-Quelle? Die beginnt tatsächlich 
bei 0 und ist exakt symmetrisch.

Alternativ kann man auch mit PULSE(-500m 500m 0 1u 1u 249u 500u), 
STARTUP und IC=0 im Kondensator arbeten.

Hinzu kommt der Offset des OP. Als Beispiel mit einem UniversalOpamp2 
mit Vos=0 (Defaultwert). Die Schaltung entspricht bei R1=100Meg dem 
idealen Integrator mit Ua=1/(R*C)*Integral(Ue).
Bei R1=100k stellt sich, nach der von der Zeitkonstanten abhängigen 
Einschwingzeit, eine Dreieckspannung symmetrisch zu 0 ein.

ps. Häng' in Zukunft deine asc bzw. lib Dateien an, dann muß sich nicht 
jeder die Schaltung selber basteln.

von Helmut S. (helmuts)


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Hallo gse354,

danke für die angehängte Schaltung. Das erspart mir das selber zeichnen.

Gruß
Helmut

von Lisa M. (lisa_m)


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Ok, vielen Dank soweit. Ich möchte natürlich den Integrator real 
nachbauen. Ich hab dies heute schon mal probehalber gemacht und man kann 
tatsächlich das 'Einschwingen' des Kondensators erkennen. Gibt es da ein 
Verfahren (Formel zur Berrechnung) dieses Einschwingen zu eliminieren? 
Die Offsetspannung muss ich auch noch raus filtern.
Vielen Dank für eure Antworten.

von gse354 (Gast)


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Lisa M. schrieb:
> Ich möchte natürlich den Integrator real nachbauen.
Den Integrator mit R1=100MΩ oder den Tiefpass mit R1=100kΩ?

> Gibt es da ein Verfahren (Formel zur Berrechnung) dieses
> Einschwingen zu eliminieren?
Mathematisch gesehen ist es eine Differenzialgleichung erster Ordnung, 
läuft also - wie bei jedem RC-Glied - auf eine Exponentialfunktion mit 
der Zeitkonstanten Τ=R1*C1 hinaus. Der exakte zeitliche Verlauf hängt 
auch von den Integrationsgrenzen, also vom Startwert zum Zeitpunkt t0 
ab. Nach 5*T kann die Abweichung zumeist vernachlässigt werden.

Ich verstehe daher nicht ganz, worauf du hinauswillst. Eine dazu inverse 
Funktion in Hardware nachbauen?
Vor allem aber - was soll es denn im Endeffekt werden?

von Lisa M. (lisa_m)


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Hallo,
irgendwann am Ende hätte ich gern eine Auswerteinheit für eine 
selbstgebaute Rogowskispule gebaut. Es gibt hier zwar schon einige 
Diskussionen Darüber, aber die sind nicht zielführend (finde ich). Also 
will ich mich ganz gern damit auseinandersetzen. Und der erste Schritt, 
ist für mich, den Integrator zu verstehen. Kann man pauschal sagen, dass 
mit 100Meg es sich um ein Integrator handelt und mit 100k um einen 
Tiefpass? Ich habe gelesen, wenn tau/periodendauer>>1 ist, es sich um 
einen Integrator handelt.
Danke

von gse354 (Gast)


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Lisa M. schrieb:
> Kann man pauschal sagen, dass
> mit 100Meg es sich um ein Integrator handelt und mit 100k um einen
> Tiefpass? Ich habe gelesen, wenn tau/periodendauer>>1 ist, es sich um
> einen Integrator handelt.

Diese Definition klingt gut, aber der Übergang ist fließend, so dass die 
übliche Bezeichnung meiner Meinung nach eher von der Anwendung abhängt.

Rogowskispulen habe ich allerdings noch nie gebaut.

ps. Diesmal passt hoffentlich das asc zum Bild. Beim Wechsel zwischen 
AC- und Transient-Analysis "Plot Settings - Reload Plot Settings" 
verwenden und die Anweisung ".step param..." auskommentieren.

von Lisa M. (lisa_m)


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Ok,
dann vielen lieben Dank für eure Hilfe...
Ich werde einmal ein wenig herum probieren und bei Fragen mich ggf. noch 
mal melden.
Danke

von Thomas S. (thom45)


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Lisa M. schrieb:
> Hallo,
> ich wollte eine Rechteckspannung (siehe Anhang erstes Signal) mit Hilfe
> eines Integrators in LTSpice integrieren. Folglich sollte man eine
> Dreickesspannung am output des opa messen können. Wenn ich nun aber das
> Ganze simuliere erhalte ich eine undefinierte Spannung am Ausgang (siehe
> Bild: ohne_SW)

Die Simulation täuscht in diesem Bild eine Sample/Hold-Funktion vor.

Ist die Rechteckspannung auf +550mV (HIGH) gilt Hold und bei -550mV 
(LOW) gilt Sample. :-)

> erst wenn ich einen Schalter einbaue (in LTSpice gibt es
> meines Wissens nur Spannungsgesteuerte Schalter) erhalte ich das
> gewünschte Ergebnis (Siehe mit_SW).

Ja.

Gruss
Thomas

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