Analoges Instrument: Seltsame Werte bei PWM

[Martin O. (ossi-2)]

Ich erzeuge mit dem Teensy 4.0 Board eine 10-Bit PWM mit 3.3V High-Wert.
Ich geb die PWM Spannung direkt auf ein Ultron U204e Instrument 
(Messbereich 6V DC) weil ich davon ausging, dass ein analoges DC-V 
Instrument selbst mittelt. Nun erhalte ich sehr seltsame Werte wenn die 
PWM eine Frequenz von 1MHz hat. Bei 10kHz PWM-Frequenz sieht alles viel 
besser aus. Ich kontrolliere die PWM per scope.

PWMwert   Anzeige     Anzeige
          bei 10kHz   bei 1 MHz
  20       0.1V        1.5V
  50       0.2V        1.0V
 1000      3.1V        4.8V
 1020      3.2V        3.6V

Es ist erstaunlich das (bei 1MHz) der Wert bei 20 höher ist als der Wert 
bei 50. Noch erstaunlicher ist der Wert bei 1000, der höher ist als die 
maximale PWMspannung (3.3V). Und dann ist der Wert bei 1020 niedriger 
als der bei 1000.

Hat jemand eine Idee wie die Ergebnisse bei 1MHz zustande kommen? Wenn 
ich ein anderes analoges Instrument nehme habe ich das Phänomen nicht.

[Dieter (Gast)]

Martin O. schrieb:
> Hat jemand eine Idee wie die Ergebnisse bei 1MHz zustande kommen? Wenn
> ich ein anderes analoges Instrument nehme habe ich das Phänomen nicht.

Das ist wirklich einmal ein schöner EMV-Effekt. Die HF strahlt durch und 
über einen (halboffenen) Gleichrichter mischt sich das intern hinzu.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Martin O. schrieb:
> Nun erhalte ich sehr seltsame Werte wenn die PWM eine Frequenz von 1MHz
> hat.
Für eine 10 Bit PWM mit 1 MHz brauchst du eine Taktfrequenz von über 1 
GHz. Hört sich ziemlich schnell an...

> Hat jemand eine Idee wie die Ergebnisse bei 1MHz zustande kommen?
Du verwendest ein Messgerät, das mit solchen Frequenzen bzw. Signalen 
nicht umgehen kann.

> weil ich davon ausging, dass ein analoges DC-V Instrument selbst
> mittelt.
Diese Annahme ist falsch. Der "funktionierende" Frequenzbereich steht im 
Datenblatt.

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Dieter schrieb:
> Die HF strahlt durch und
> über einen (halboffenen) Gleichrichter mischt sich das intern hinzu
Welchen Gleichrichter bei einem DC-Instrument meinst du? Bestenfalls 
noch Schutzdioden?

Lothar M. schrieb:
> Der "funktionierende" Frequenzbereich steht im Datenblatt.
Ein DC-Instrument hat keinen Frequenzbereich. Und im Datenblatt steht 
garantiert nicht, welche Frequenz bei welcher Amplitude einem DC 
überlagert werden kann, um welche Verfälschung des Messergebnisses nicht 
zu überschreiten.

Was ist denn, wenn das Instrument (ich nehme an, ein Multimeter) im 
µA-Bereich mit einem Vorwiderstand betrieben wird? (Ein Ultron U204e 
habe ich bei der Web-Suche nicht gefunden).

[Martin O. (ossi-2)]

Für eine 10 Bit PWM mit 1 MHz brauchst du eine Taktfrequenz von über 1
GHz. Hört sich ziemlich schnell an...

Ist beim Teensy etwas seltsam gelöst: Der Wertebereich ist 10 Bit, d.h. 
0..1023. Die Widerholfrequenz ist 1MHz. Aber die Auflösung ist so grob 
dass der Teensy mit seinem Takt das hinbekommt.

Mir ist klar dass ich das Messinstrument ausserhalb der Specs betreibe. 
Trotzdem würde ich gerne verstehen wie ein Drehspulmesswerk mit 
entsprechender Beschaltung so seltsame Dinge anzeigen kann..

[Martin O. (ossi-2)]

Ultron: Beitrag "Ultron UM204E"

Ich hab mal einen 1k Vorwiderstand im 6mA Bereich verwendet (gibt wieder 
6V Vollausschlag). Dabei tritt der Effekt nicht auf.

[Helmut S. (helmuts)]

Das Voltmeter zeigt bestimmt richtig an, aber dein Teensy macht nicht 
das was du denkst. Schließ mal ein Oszilloskop an und schau dir das 
Signal an.

[Lurchi (Gast)]

Bei den hohen Frequenzen kann es zu komischen Effekten kommen. Das 
Drehspulinstrument und ggf. auch einige der Widerstände sind induktiv. 
Da sind die Schutzdioden und ggf. auch noch indirekte Verbindungen zum 
AC Teil, auch wenn der nicht aktiv ist.

Die Werte sehen noch vergleichsweise normal aus. Ich hatte bei meinem 
analogen Multimeter schon sehr komische Werte, bis hin zu fast 
Vollausschlag in fast allen Bereichen (incl 1200 V), auch wenn die höher 
frequente Spannung nur 5-10 v war.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Dieter schrieb:
> Martin O. schrieb:
>> Hat jemand eine Idee wie die Ergebnisse bei 1MHz zustande kommen? Wenn
>> ich ein anderes analoges Instrument nehme habe ich das Phänomen nicht.
>
> Das ist wirklich einmal ein schöner EMV-Effekt. Die HF strahlt durch und
> über einen (halboffenen) Gleichrichter mischt sich das intern hinzu.

Nö. Warum sollte da ein Gleichrichter im Spiel sein?

Das wird einfach der Einfluß der Induktivität des Meßwerts sein. Im 6V 
DC Meßbereich hat das einen Vorwiderstand, der ist rein ohmsch. Das 
Teilerverhältnis mit dem ohmschen Anteil des Meßwerks ist gerade so 
ausgelegt, daß bei 6V Vollausschlag ist (das Meßwerk allein wird wohl 
75mV brauchen, das ist zumindest ein typischer Wert).

Bei 1MHz stimmt dann aber das Teilerverhältnis nicht mehr, weil das 
Meßwerk in Wirklichkeit eine Induktivität in Reihe mit einem Widerstand 
ist. Es bleibt vergleichsweise mehr Spannung am Meßwerk stehen, weswegen 
es zuviel Spannung anzeigt.

[Harald W. (wilhelms)]

Axel S. schrieb:

> Nö. Warum sollte da ein Gleichrichter im Spiel sein?

Eine parallele Diode (oder zwei antiparallele) als Schutz für das
Meßwerk war eigentlich Standard bei allen Zeigermultimetern im 
Nachkriegsdeutschland. Welche Bauelemente nun wirklich für das
Fehlverhalten verantwortlich sind, ist letzendlich egal. Solche
Meßgeräte sind einfach nicht geeignet für höhere Frequenzen.

[Martin O. (ossi-2)]

Das Voltmeter zeigt bestimmt richtig an, aber dein Teensy macht nicht
das was du denkst.

Ich denke dass der teensy nicht mehr als 3.3V am PWM Ausgang ausgeben 
kann, das Instrument zeigt aber 4.8 Volt an. Also glaub ich dem 
Voltmeter nicht.
Auf dem Oszilloskop sieht die PWM gut aus (ich benutze diese PWM auch 
schon längere Zeit erfolgreich).

Ich hab das Instrument gerade mal aufgeschraubt. Das seltsame ist, dass
das Drehspulinstrument anscheinend 4 Anschlüsse besitzt. Leider habe ich 
keinen Schaltplan vom Instrument.

[Andreas B. (bitverdreher)]

Martin O. schrieb:
> Das seltsame ist, dass
> das Drehspulinstrument anscheinend 4 Anschlüsse besitzt

Spule statt Permanentmagnet?

[Harald W. (wilhelms)]

Andreas B. schrieb:

>> Das seltsame ist, dass
>> das Drehspulinstrument anscheinend 4 Anschlüsse besitzt
>
> Spule statt Permanentmagnet?

Das wäre aber mehr als seltsam. Das hatte noch nicht einmal mein
"Multimeter" aus dem Jahre 1930.

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Martin O. schrieb:
> 4 Anschlüsse

Ich halte das lediglich für Lötstützpunkte.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Der Zahn der Zeit schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Der "funktionierende" Frequenzbereich steht im Datenblatt.
> Ein DC-Instrument hat keinen Frequenzbereich.
Doch: im Grunde ist die höchste erlaubte Frequenz die, bei der die 
Anzeige den Änderungen noch hinterherkommt. Sobald es schneller wird, 
ist der Anzeigewert undefiniert. Es kann sein dass dann eine 
mechanische Trägheit eines Zeigerinstruments als Tiefpass wirkt. Es 
kann aber auch sein, dass bei digitalen Anzeigen beliebige 
Augenblickswerte und wegen des "Überfahrens" des AD-Wandlers auch 
falsche Werte angezeigt werden.

> Und im Datenblatt steht garantiert nicht, welche Frequenz bei welcher
> Amplitude einem DC überlagert werden kann, um welche Verfälschung des
> Messergebnisses nicht zu überschreiten.
Umkehrschluss: weil das dort nicht steht, darf man es in erster Näherung 
auch nicht tun. Oder zumindest keine zuverlässigen Werte erwarten.

Martin O. schrieb:
> Leider habe ich keinen Schaltplan vom Instrument.
Siehe http://www.auldies.euweb.cz/indev_VA_ana.html unter TTC C1019