Hallo, ich habe eine Komparatorschaltung mit einem LM311D von TI wie im Anhang zu sehen. Die Schaltung wurde auf eine Lochrasterplatine aufgebaut. Die Spannungsversorgung erfolgt durch ein Labornetzteil. Das Signal V_K- generiert ein Signalgenerator mit f = 10kHz. In Messung1 beträgt der High-Pegel vom Rechtecksignal(gelber Kanal) -2V,der Low-Pegel -14,8V. Die Referenzspannung liegt bei -2,6V(türkiser Kanal). In Messung2 beträgt der High-Pegel 15V, der Low-Pegel -12,5V. Die Referenz bleibt gleich. Dabei habe ich folgenden Effekt beobachten können: In Mesung1 benötigt der Ausgang des Komparators(pinker Kanal) ca 1µs bis dieser Schaltet. In Messung2 dagegen nur 275ns. Messung haben gezeigt, dass bei steigender Singalflanke die Schaltzeit von der Höhe des Low-Pegels abhängig ist. Befindet sich der Lowpegel nur wenig unter der Referenzspannung, so ist auch die Schaltzeit geringer. Je größer der Abstand vom Low-Pegel zur Schaltschwelle ist, desto länger benötigt der Schaltvorgang. Bei der fallenden Flanke konnte dieser Effekt nicht beobachet werden. Welche Erklärung gibt es dafür, das die Schaltzeit bei steigender Flanke am negativen Eingang des Komparators über die Schaltschwelle von dem Abstand des Low-Pegels zur Schaltschwelle abhängt? Ich freue mich schon auf Antworten und die Disskusion der Messung. Ein Student
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Student schrieb: > Ich freue mich schon auf Antworten Deine Messung ist Sch.... weil du durch fehlende Abblock- Kondensatoren (siehe Datenblatt Seite 20) keine saubere Bezugsmasse hast. Die schlechte Anstiegszeit kannst du mit einem niederohmig(er)en Pullup am Ausgang verbessern.
karadur schrieb: > V1 verkehrt angeschlossen. Polarität ! Du meinst in der Simu? Ne, die passt schon, am "positiven" Ende von V1 kommen -15V raus. @Student: was hast du denn mit den Balance und Strobe Eingängen gemacht? Wirklich direkt an GND angeschlossen wie es in deinem Anhang ausschaut? Dann schau diesbezüglich noch mal genauer ins Datenblatt. Falls Balance und Strobe korrekt angeschlossen sein sollten: eine gewisse Abhängigkeit der Schaltgeschwindigkeit vom Overdrive ist normal. Aber die 900ns wären klar zu viel, und 600mV Overdrive sind eigentlich auch mehr als ausreichend. Es könnte sein, dass du mit deinen Eingangspegeln den erlaubten Bereich verlässt (bitte im Datenblatt nachschlagen) und damit bei einer Polarität die Eingangsstufe sättigst. Bis die wieder aus der Sättigung rauskommt kann ggf. schon mal ne µs vergehen.
Arduinoquäler schrieb: > Deine Messung ist Sch.... weil du durch fehlende Abblock- > Kondensatoren (siehe Datenblatt Seite 20) keine saubere > Bezugsmasse hast. Abblockkondensatoren sind vorhanden. Sind nur nicht eingezeichnet. Daran kann es also nicht liegen
Achim S. schrieb: > @Student: was hast du denn mit den Balance und Strobe Eingängen gemacht? > Wirklich direkt an GND angeschlossen wie es in deinem Anhang ausschaut? > Dann schau diesbezüglich noch mal genauer ins Datenblatt. Balanc und Strob sind mit der positiven Versorgungsspannung verbunden. Als ich diese offen hatte, war die Schaltzeit noch langsamer. Achim S. schrieb: > Es könnte sein, dass du mit deinen Eingangspegeln den erlaubten Bereich > verlässt (bitte im Datenblatt nachschlagen) und damit bei einer > Polarität die Eingangsstufe sättigst. Bis die wieder aus der Sättigung > rauskommt kann ggf. schon mal ne µs vergehen. Das trifft aber auch nur teilweise zu. Wenn ich innnerhalb der erlaubten Pegel bin, tritt dieser Effekt trotzdem aus. Sättigt der Komparator auch im erlaubten Bereich?
Student schrieb: > Abblockkondensatoren sind vorhanden. Sind nur nicht eingezeichnet. Das nennt man Verarschung.
Student schrieb: > Abblockkondensatoren sind vorhanden. aber trotzdem ist die Messung nicht grade schön. Höchstwahrscheinlich hast du den GND-Clip vom Oszi-Tastkopf nicht sauber an die Bezugsmasse angeschlossen (und deshalb klingelt die Flanke von Kanal 1 so lange nach) Student schrieb: > Sättigt der Komparator auch im erlaubten Bereich? Aus dem Bauch raus hätte ich gesagt, dass die Schaltzeiten auch nach großen Differenzspannungen am Eingang gelten. Aber tatsächlich sind die Umschaltzeiten nur für 100mV-Sprünge am Eingang spezifiziert (also für geringe oder keine Sättigung). Ich würde also nicht ausschließen, dass das die Ursache ist. Kannst ja mal ein bisschen systematisch rangehen und die Delays in Abhängigkeit von der Differenzspannung vor dem Umschalten ausmessen (jeweils mit identischem Overdrive nach dem Umschalten). Arduinoquäler schrieb: > Das nennt man Verarschung. na ja, hätte er sie in der Simulation eingezeichnet dann hätte jemand anderes geklagt, dass Pufferkondensatoren in der Simu sinnlos sind ;-)
Achim S. schrieb: > hätte er sie in der Simulation eingezeichnet Er hat nicht die Simulation gepostet (*.asc) sondern einen Schaltplan (*.png) der Simulation.
Arduinoquäler schrieb: > Er hat nicht die Simulation gepostet (*.asc) sondern einen > Schaltplan (*.png) der Simulation. ja, das ist offensichtlich. Und?
Achim S. schrieb: > ja, das ist offensichtlich. Und? Bei einem erwachsenen Menschen darf man das für bare Münze nehmen was er postet.
Achim S. schrieb: > aber trotzdem ist die Messung nicht grade schön. Höchstwahrscheinlich > hast du den GND-Clip vom Oszi-Tastkopf nicht sauber an die Bezugsmasse > angeschlossen (und deshalb klingelt die Flanke von Kanal 1 so lange > nach) Was heißt nicht sauber angeschlossen? Entweder der Klip ist dran oder nicht. Achim S. schrieb: > Kannst ja mal ein bisschen systematisch rangehen > und die Delays in Abhängigkeit von der Differenzspannung vor dem > Umschalten ausmessen (jeweils mit identischem Overdrive nach dem > Umschalten). Genau das habe ich gemacht. Je größer der Abstand des Low-Pegels zur Schaltschwelle war, desto größer war der Delay. Aber warum verhält sich dies nur in die eine Richtung so?
Und der Feedback ? Man laesst einen Komparator nie openloop laufen, sondern immer mit einer Hysterese, und die macht man mit einem positiven Feedback. Der 311 ist uebrigens aus der Steinzeit.
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Oh D. schrieb: > Der 311 ist uebrigens aus der Steinzeit. Hammer gibt es auch schon seit tausenden von Jahren, werden heute aber immer noch benutzt. Der 311 mag alt sein, für sehr viele Anwendungsgebiete ist er aber immer noch mehr als ausreichend.
Student schrieb: > Was heißt nicht sauber angeschlossen? Entweder der Klip ist dran oder > nicht. Hehe: du hast noch nicht viel praktische Erfahrung mit hochfrequenten Signalen, oder? Ob der Clip überhaupt angeschlossen ist oder nicht weißt leider nur du (nach dem Klingeln auf deinem Signal könntest du ihn durchaus vergessen ahben). Auch wenn er angeschlossen ist macht es einen großen Untershied, ob er an eine Bezugsmasse direkt neben der Messspitze geführt ist oder an einen Punkt, der zwar nominell die gleich Masse ist, aber der "weit entfernt" von der Messspitze liegt. Die parasitäre Induktivität, die die Schleife zwischen Messspitze und Masseclip dann bildet, erzeugt mit der Tastkopfkapazität genau den unschönen Einschwingvorgang, der in deiner Messung auf Kanal 1 zu sehen ist (und der ein reines Messartefakt ist). Sinngemäß gilt das selbe, wenn du Leitungsführung von deinem Signalgenerator zum Messpunkt eine große Schleife (mit großer parasitärer Induktivität) aufspannt. Dann würde man es nur nicht als Messartefakt werten, sondern als Layoutfehler. Student schrieb: > Genau das habe ich gemacht. Je größer der Abstand des Low-Pegels zur > Schaltschwelle war, desto größer war der Delay. Na dann zeigt doch z.B. mal eine Auftragung "Delay als Funtion der Sprunghöhe". Vielleicht kann man an der ja eine Gesetzmäßigkeit erkennen, die über deine bisherige Auswertung hinaus geht? Student schrieb: > Aber warum verhält sich dies nur in die eine Richtung so? Tja, da müsste man wohl mal versuchen, den internen Aufbau des Komparators nachzuvollziehen. Die Eingänge sind ja symmetrisch, aber weiter hinten im IC wird zwangsläufig irgendwo die Symmetrie gebrochen. (Es ist halt eine unterschiedliche Sache, ob du einen Ausgangstransistor schnell einschalten willst oder schnell ausschalten). Ich weiß nicht, "an welcher Stelle im functional block diagramm" des ICs die assymetrische Verzögerung entsteht, aber wenn deine Beobachtungen echt sind, muss es wohl irgendwo so sein. Simulation wäre ein zweiter Ansatz, um das Verhalten zu verstehen. (Wobei das Spice Modell des LM311 von TI ziemlich rudimentär aussieht).
M. K. schrieb: >> Der 311 ist uebrigens aus der Steinzeit. > > Hammer gibt es auch schon seit tausenden von Jahren, werden heute aber > immer noch benutzt. Hämmer sind ja auch aus der Eisenzeit. Die Faustkeile aus der Steinzeit dagegen werden heutzutage eher selten benutzt.
Oh D. schrieb: > Und der Feedback ? Man laesst einen Komparator nie openloop laufen, > sondern immer mit einer Hysterese, und die macht man mit einem positiven > Feedback. Wer sagt das? Oder wo steht diese Empfehlung? Im Datenblatt zumindest nicht. Außerdem benötige ich keine Hysteres, sondern nur eine feste Schaltschwelle. Oh D. schrieb: > Der 311 ist uebrigens aus der Steinzeit. Ich wusste gar nicht, dass die in der Steinzeit schon ICs hatten. ;-) Welcher genügt denn modernen Ansprüchen?
Achim S. schrieb: > Hehe: du hast noch nicht viel praktische Erfahrung mit hochfrequenten > Signalen, oder? Stimmt. Und deine anschließenden Ausführungen sind sehr hilfreich. Achim S. schrieb: > Sinngemäß gilt das selbe, wenn du Leitungsführung von deinem > Signalgenerator zum Messpunkt eine große Schleife (mit großer > parasitärer Induktivität) aufspannt. Dann würde man es nur nicht als > Messartefakt werten, sondern als Layoutfehler. Das trifft auf Kanal 1 zu. Lässt sich aber leider nicht verhindern, weil die Laborkabel eine gewisse Länge haben. Achim S. schrieb: > Na dann zeigt doch z.B. mal eine Auftragung "Delay als Funtion der > Sprunghöhe". Vielleicht kann man an der ja eine Gesetzmäßigkeit > erkennen, die über deine bisherige Auswertung hinaus geht? Dazu habe ich gerade leider keine Zeit, weil diese Untersuchungen nicht Gegenstand der Arbeit sind. Achim S. schrieb: > Tja, da müsste man wohl mal versuchen, den internen Aufbau des > Komparators nachzuvollziehen. Die Eingänge sind ja symmetrisch, aber > weiter hinten im IC wird zwangsläufig irgendwo die Symmetrie gebrochen. > (Es ist halt eine unterschiedliche Sache, ob du einen Ausgangstransistor > schnell einschalten willst oder schnell ausschalten). Ich weiß nicht, > "an welcher Stelle im functional block diagramm" des ICs die > assymetrische Verzögerung entsteht, aber wenn deine Beobachtungen echt > sind, muss es wohl irgendwo so sein. > > Simulation wäre ein zweiter Ansatz, um das Verhalten zu verstehen. > (Wobei das Spice Modell des LM311 von TI ziemlich rudimentär aussieht). Mit dieser Antwort bin ich zumindest vorläufig zufrieden. Wenn ich mal Zeit habe, werde ich dies noch untersuchen. Vielleicht kann man auch mehrere Komparatoren vergleichen. Jedenfalls waren deine Ausführungen sehr Hilfreich. Vielen Dank.
> Außerdem benötige ich keine Hysteres, sondern nur eine feste Schaltschwelle.
Natuerlich benoetigst du eine Hysterese. Eine Schaltschwelle alleine
bringt dir bei hinreichend Rauschen nur beliebig oft beliebig viele
Schaltvorgaenge. Das ganze wird dann noch schlimmer wenn die
Schaltvorgaenge Zustandsaenderungen mit Lastwechseln verursacht. Ein
Controller, speziell wenn man den Comparator auf den externen Interrupt
gibt ist bei Rauschen dann "zu".
Bei genuegend schlechtem Layout, zB Lochrater hat man eher Schwingungen
wie bei einem durchdachten Layout.
Also mach eine Hysterese oberhalb der Rauschamplitude.
Oh D. schrieb: > Natuerlich benoetigst du eine Hysterese. Eine Schaltschwelle alleine > bringt dir bei hinreichend Rauschen nur beliebig oft beliebig viele > Schaltvorgaenge. Das ganze wird dann noch schlimmer wenn die > Schaltvorgaenge Zustandsaenderungen mit Lastwechseln verursacht. Ein > Controller, speziell wenn man den Comparator auf den externen Interrupt > gibt ist bei Rauschen dann "zu". > Bei genuegend schlechtem Layout, zB Lochrater hat man eher Schwingungen > wie bei einem durchdachten Layout. > Also mach eine Hysterese oberhalb der Rauschamplitude. Mein Signal schwank aber nicht knapp um die Schaltschwelle, sondern hat ausreichend großen Abstand, sodass das Rauschen irrelavant für diesen Fall ist.
Oh D. schrieb: > Natuerlich benoetigst du eine Hysterese. Quatsch. In einem Fall betragen seine Pegel -2 V und -14.8 V, im anderen 15V und -12.5. In beiden Fällen liegt seine Referenzspannung bei -2.6 V. Erkläre doch mal welchen tollen Vorteil hier nun eine Hysterese haben sollte?
Student schrieb: >> Höchstwahrscheinlich hast du den GND-Clip vom Oszi-Tastkopf nicht sauber >> an die Bezugsmasse angeschlossen > Was heißt nicht sauber angeschlossen? Entweder der Klip ist dran oder > nicht. Miss mal mit dem Oszi in einem halbwegs aufwändigen Board die Masse quer über die Platine. Also Clip links unten an Masse und Tastkopf rechts oben an Masse. Du wirst Augen machen und sagen: Masse ist nicht gleich Masse! Natürlich gehört zu einem Signal immer die Masse, die direkt daneben ist. Und bei richtig hochfrequenten Signalen geht es da um einzelne mm. Sieh dir mal die Bilder dort im Beitrag "Re: Serienwiderstand bei Hochfrequenz" an. Da wurde die Masse irgendwo in der Schaltung abgegriffen. Und in den Bildern im Beitrag "Re: Serienwiderstand bei Hochfrequenz" wurde die der Masseclip dicht beim Signal angeschlossen.
Student schrieb: > Lässt sich aber leider nicht verhindern, weil > die Laborkabel eine gewisse Länge haben. wenn du dich mal mit der Ausbreitung von Signalen auf Wellenleitern beschäftigt hast wirst du sehen, dass diese Folgerung nicht stimmt. Man kann natürlich auch am Ende von langen Kabeln eine saubere Flanke bekommen (wenn man es richtig macht ;-)
>>Oh D. schrieb: >> Natuerlich benoetigst du eine Hysterese. >Quatsch. In einem Fall betragen seine Pegel -2 V und -14.8 V, im anderen 15V und -12.5. In beiden Fällen liegt seine Referenzspannung bei -2.6 V. Erkläre doch mal welchen tollen Vorteil hier nun eine Hysterese haben sollte? Allenfalls kann man die Hysterese auch weglassen. Es muessen einfach alle Faelle abgedeckt sein. Was geschieht, wenn das Kabel nicht eingesteckt ist ? Was geschieht, wenn die Quelle zwar eingesteckt, aber nicht eingeschaltet ist ?
Oh D. schrieb: > Allenfalls kann man die Hysterese auch weglassen. Es muessen einfach > alle Faelle abgedeckt sein. > Was geschieht, wenn das Kabel nicht eingesteckt ist ? > Was geschieht, wenn die Quelle zwar eingesteckt, aber nicht > eingeschaltet ist ? Das gilt aber auch für den Fall mit Hysterese. ;)
M. K. schrieb: > Oh D. schrieb: >> Natuerlich benoetigst du eine Hysterese. > > Quatsch. In einem Fall betragen seine Pegel -2 V und -14.8 V, im anderen > 15V und -12.5. In beiden Fällen liegt seine Referenzspannung bei -2.6 V. > Erkläre doch mal welchen tollen Vorteil hier nun eine Hysterese haben > sollte? Die korrekte Frage wäre, warum man für dermaßen viel Hub überhaupt einen Komparator in der Art eines LM311 braucht. Das "Problem" mit der großen Verzögerung, die anscheinend auch vom Grad der Übersteuerung abhängt, wird durch eine Mitkopplung für die Hysterese natürlich nicht besser, sondern eher schlechter. Denn durch die Mitkopplung erhöht sich ja die Übersteuerung.
Achim S. schrieb: > wenn du dich mal mit der Ausbreitung von Signalen auf Wellenleitern > beschäftigt hast wirst du sehen, dass diese Folgerung nicht stimmt. Man > kann natürlich auch am Ende von langen Kabeln eine saubere Flanke > bekommen (wenn man es richtig macht ;-) Und wie macht man es richtig? Dann liegt es wohl an den Klemmen, welche auf die Schaltung führen. Axel S. schrieb: > Die korrekte Frage wäre, warum man für dermaßen viel Hub überhaupt einen > Komparator in der Art eines LM311 braucht. Es ist ein Standardbualelement. Wlecher Komparator wäre denn besser geeignet in BEzug auf die Schaltzeiten?
Axel S. schrieb: > Die korrekte Frage wäre, warum man für dermaßen viel Hub überhaupt einen > Komparator in der Art eines LM311 braucht. Vielleicht will man die Krummen Spannungen auf was sinnigeres bringen, z.B. auf ± 15 V. Die Frage ist aber auch berechtigt, kein Zweifel. Auch die krumme Schaltschwelle von -2.6 V wirft Fragen auf.
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