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Wie kommunizieren elektrische Geräte (z.B. PA/LIA/VDC) ?
 
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Lehramtsstudent



Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77

Beitrag Lehramtsstudent Verfasst am: 02. Jun 2020 23:02    Titel: Wie kommunizieren elektrische Geräte (z.B. PA/LIA/VDC) ? Antworten mit Zitat

Hallo,

ich frage mich, was genau passiert, wenn man elektrische (Mess-)Geräte miteinander verbindet. Damit die Frage nicht zu allgemein ist, hier mein Fall:

Ich verbinde eine DC-Quelle mit einem Preamplifier (PA) und dieser leitet das Signal in einen Lock-in Amplifier (LIA) für homodyne Detektion (via Chopper bei X-Ray-Messung) über, wo es dann mit einem VFC in Bits umgewandelt wird:
https://i.ibb.co/5RSK35R/beamsetup.png (Quelle: https://www.jove.com/pdf/60001/jove-protocol-60001-x-ray-beam-induced-current-measurements-for-multi-modal-x-ray?status=a62007k)

Die Verbindung zwischen PA und LIA ist "triaxial" (wenn auch die Bezeichnung aus einem falschen Etymologieverständnis kommt, s. Wiki). Die Ströme werden im nA-Bereich gemessen, daher wohl triaxial.

Aber ich will es ganz basic erst einmal wissen:

Besteht dann ein Potenzialunterschied zwischen Ausgang des PA und Eingang des LIA? Wird dann eine Wechselspannung, die mit dem zu übertragenden Signal moduliert ist, angelegt? Werden die Geräte galvanisch voneinander getrennt? Was genau heißt hier galvanische Trennung? Werde nicht so richtig schlau aus Internet-Erklärungen und habe nach wie vor kein gutes Lehrbuch zum Thema gefunden. :/

Wie kann der Ausgangs-DC-Strom vom PA "aufgenommen" werden? Wird dabei die Spannung gemessen, die der Strom durch einen festgelegten Widerstand erzeugt, und diese Spannung dann verstärkt?
Hat das etwas mit dem Transimpedanzverstärker zu tun oder bin ich da ganz auf der falschen Fähre?

Muss ich etwas über BUS- und SPS-Beschreibungen wissen? (Das schrieb einer zu meiner Frage, ob ich hieran die Funktionsweise eines VFCs erkennen kann: https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-028.pdf, S. 2 .... scheint mir irgendwie nicht so ganz eine Antwort zu sein.....)


Würde mich sehr über Antworten freuen!
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 2861

Beitrag ML Verfasst am: 03. Jun 2020 08:36    Titel: Re: Wie kommunizieren elektrische Geräte (z.B. PA/LIA/VDC) ? Antworten mit Zitat

Hallo,

Lehramtsstudent hat Folgendes geschrieben:

Besteht dann ein Potenzialunterschied zwischen Ausgang des PA und Eingang des LIA? Wird dann eine Wechselspannung, die mit dem zu übertragenden Signal moduliert ist, angelegt?

Üblicherweise funktioniert die Datenübertragung so, dass Du zwei Leiter für ein Signal verwendest.
- ein Draht ist üblicherweise auf einem für beide Geräte gleichen Bezugspotential (oft: Erdpotential) und
- der anderen Draht hat ein wechselndes Potential.

Die eigentliche Information oder Energie wird dann in der Luft bzw. im Dielektrikum entlang dieser Leitung übertragen.

In der professionellen Audiotechnik verwendet man oft drei Drähte für ein Signal: ein +Signal, eine Masse, ein -Signal. Beim Empfänger wertet man dann die Differenz aus dem +Signal und dem -Signal aus. Dadurch wird die Übertragung unempfindlich gegenüber sogenannten Gleichtaktstörungen. Diese können entstehen, wenn die Bezugspotentiale beider Geräte aufgrund von Ausgleichsströmen leicht unterschiedlich sind (Stichwort: "Brummschleife"). Dreiadrige Kabel kann man aber auch anders verwenden; es sind ja letztlich nur drei koaxial angeordnete Drähte.

Zitat:

Werden die Geräte galvanisch voneinander getrennt? Was genau heißt hier galvanische Trennung?

Galvanische Trennung bedeutet nach meinem Verständnis, dass bei der Signalübertragung keine Ladung von dem einen zum anderen Gerät fließt. Das lässt sich beispielsweise durch die Nutzung von Optokopplern oder Transformatoren erreichen.

Zitat:

Wie kann der Ausgangs-DC-Strom vom PA "aufgenommen" werden?

In den PA führen zwei Drähte: im ersten Draht fließt der Strom rein, im zweiten fließt der gleiche Strom wieder raus.

Zitat:

Wird dabei die Spannung gemessen, die der Strom durch einen festgelegten Widerstand erzeugt, und diese Spannung dann verstärkt?

Ganz prinzipiell gesehen ja, auch wenn es in der Praxis vielleicht eher so aussehen wird:

https://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker#/media/Datei:Transimpedanzverstaerker2.png

Photodiodenströme werden häufig so verstärkt und in eine Spannung umgewandelt.

Viele Grüße
Michael
Lehramtsstudent



Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77

Beitrag Lehramtsstudent Verfasst am: 03. Jun 2020 14:17    Titel: Antworten mit Zitat

Danke, bin ein Stück schlauer geworden.

ML hat Folgendes geschrieben:
Üblicherweise funktioniert die Datenübertragung so, dass Du zwei Leiter für ein Signal verwendest.
- ein Draht ist üblicherweise auf einem für beide Geräte gleichen Bezugspotential (oft: Erdpotential) und
- der anderen Draht hat ein wechselndes Potential.

Die eigentliche Information oder Energie wird dann in der Luft bzw. im Dielektrikum entlang dieser Leitung übertragen.

Wenn sich das Potenzial im signalführenden Kabel in Bezug auf ein Erdpotential ändert, heißt das ja, dass zwischen den Geräten keine Spannung anliegen muss (was ja auch blöd wäre, weil dann ja die galvanische Trennung nicht mehr gegeben wäre!), was meine Verwirrung erklärt, da ich es eine komische Vorstellung fand, dass man da halt eine Spannung hat.^^

ML hat Folgendes geschrieben:
In der professionellen Audiotechnik verwendet man oft drei Drähte für ein Signal: ein +Signal, eine Masse, ein -Signal. Beim Empfänger wertet man dann die Differenz aus dem +Signal und dem -Signal aus. Dadurch wird die Übertragung unempfindlich gegenüber sogenannten Gleichtaktstörungen. Diese können entstehen, wenn die Bezugspotentiale beider Geräte aufgrund von Ausgleichsströmen leicht unterschiedlich sind (Stichwort: "Brummschleife"). Dreiadrige Kabel kann man aber auch anders verwenden; es sind ja letztlich nur drei koaxial angeordnete Drähte.

Das mit der Audiotechnik ist XLR, oder? Brummschleife schlage ich nochmal nach...

ML hat Folgendes geschrieben:
In den PA führen zwei Drähte: im ersten Draht fließt der Strom rein, im zweiten fließt der gleiche Strom wieder raus.

Die Frage, wie der DC-Ausgangsstrom "aufgenommen" werden kann, ist auf jeden Fall geklärt.

ML hat Folgendes geschrieben:
Ganz prinzipiell gesehen ja, auch wenn es in der Praxis vielleicht eher so aussehen wird:

https://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker#/media/Datei:Transimpedanzverstaerker2.png

Photodiodenströme werden häufig so verstärkt und in eine Spannung umgewandelt.

Okay, gut zu wissen, dass ich nicht völlig auf der falschen Fähre bin. Für die Details schaue ich mir dann nochmal den Transimpedanzverstärker an!
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