Integrator

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Hallo

habe grad ein Problem mit einem Integrierer. Lasse ich den Widerstand im Rueckkoppelzweig weg ist der Verstaerker immer am Anschlag (wegen Offset-Spannung und Verstaerkung

). Mach ich einen Widerstand rein wird die Offset-Spannung am Ausgang entsprechend entsprechend kleiner aber das Ergebnis der Integration wird verfaelscht. Gibt es da irgendeinen Kompromiss oder eine generelle Loesung dieses Problems?

Danke im voraus

gruss

kristian

eman · Anmeldungsdatum: 24.06.2006 Beiträge: 59

Ich würde versuchen, den offset zu kompensieren. Wenn der OPV keine eigenen Anschlüsse dafür hat, dann mit einer Korrekturspannung am (+) Eingang. Praktisch geht das mit Poti zwischen pos. und neg. Versorgung, am Schleifer einen Spannungsteiler auf wenige Millivolt, diese Spannung mit dem (+) Eingang verbinden. Die Einstellung dann mit Beobachtung der Ausgangsspannung vornehmen, auf null Volt abgleichen.

dachdecker2

Der "Widerstand" ist schon Okay - er muss nur komplex sein smile

.

-> Ein Integrator entsteht, wenn du einen Kondensator in den Rückkoppelzweig baust. Die Eingangskapazität des OPV alleine ist so Klein, dass deine Integrationszeitkonstante gegen null geht. Wahrscheinlich macht dir der Offset überhaupt gar keine Probleme - so groß wird der schon nicht sein.

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Der "Widerstand" ist schon Okay - er muss nur komplex sein smile

.

-> Ein Integrator entsteht, wenn du einen Kondensator in den Rückkoppelzweig baust.

ist mir durchaus klar Big Laugh

Die Eingangskapazität des OPV alleine ist so Klein, dass deine Integrationszeitkonstante gegen null geht. Wahrscheinlich macht dir der Offset überhaupt gar keine Probleme - so groß wird der schon nicht sein.

egal wie gross der offset ist, wenn im rueckkoppelzweig kein widerstand sitzt ist die (Gleichspannungs-)Verstaerkung unendlich und irgendwass mal unendlich (ausser 0 natuerlich) ist ebenfalls unendlich, ergo geht der Verstaerker auf max. Ausgangsspannung

@eman: ein manueller offset-abgleich kommt leider nicht in frage

aber trotzdem danke

gruss

kristian

dachdecker2

Poste doch mal deine Schaltung.

Der Kondensatur ist ja nicht alleine - du hast ja sicherlich noch einen (reelen) Widerstand zwischen dem Kondesator und der Eingangsspannung oder der Masse.

Diese RC-Kombination liefert dir deine Integrationszeitkonstante.

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Poste doch mal deine Schaltung.

Der Kondensatur ist ja nicht alleine - du hast ja sicherlich noch einen (reelen) Widerstand zwischen dem Kondesator und der Eingangsspannung oder der Masse.

Diese RC-Kombination liefert dir deine Integrationszeitkonstante.

Schaltung kommt:

Das Ganze ist so gedacht: mit V4 gebe ich einen Rechteckimpuls (dauer 0.1ms) auf den Eingang des ersten Verstaerkers. Dieser hat eigentlich keinen nennenswerten Einfluss auf die Signalform. Wichtig ist der zweite (Sallen Key, Tiefpass 2.Ordnung). Von dem wuerde ich gern die Sprungantwort (als Kriterium fuer das Funktionieren der Schaltung) untersuchen. Und das geht wohl am Besten durch Integration und Vergleich mit dem errechneten Wert. Wenn beides innerhalb einer gewissen Toleranz uebereinstimmt kann ich davon ausgehen, dass die Schaltung fuktioniert. Die ersten beiden Verstaerker sind Teil einer groesseren Schaltung fuer die ich ein Testboard bauen moechte.

Das Problem ist die offsetspannung: ist diese z.B positiv (kann man ja nie wissen) dann ist der ausgang des integrators auf -Umax und ein positver Impuls am Eingang des Integrators bewirkt ueberhaupt nix!

Baue ich einen Widerstand in die Rueckkopplung wird sich die offsetspannung zwar weniger dramatisch auswirken aber das Ergebnis der Integration ist verfaelscht

Mir faellt da im Augenblick keine Loesung ein

dachdecker2

Der Integrator hat eine Zeitkonstante von Ti = 1 ms. Man kann annehmen, dass durch die Tiefpässe das Integral des Signals nicht verändert wird, ist es an der Stelle, wo deine Sonde sitzt 1000 mal so groß. Das Integral deines Eingangspulses ist 0,1 Vs - folglich würde der Integrator 100 V ausgeben müssen.

2 Fragen ergeben sich - Wie groß ist deine Versorgungsspannung? Hält das dein OPV aus?

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Der Integrator hat eine Zeitkonstante von Ti = 1 ms.

nein, es sind 0.1ms

Man kann annehmen, dass durch die Tiefpässe das Integral des Signals nicht verändert wird

doch, wird es. durch den 2. Tiefpass. Die impulsdauer liegt im bereich der Grenzfrequenz des Tiefpasses. wenn die sprungantwort gleich dem sprung ware koennte ich mir den aufwand sparen

wo deine Sonde sitzt 1000 mal so groß

warum das? das einzige was hier verstaerkt ist der 1. Verstaerker, und zwar um Faktor 10

Das Integral deines Eingangspulses ist 0,1 Vs

das ist korrekt Thumbs up!

- folglich würde der Integrator 100 V ausgeben müssen.

nein, wuerde er nicht

dachdecker2

Du hast recht - Die Zeitkonstante ist sogar noch 10 mal kleiner, als ich oben schrieb. Dazu kommt die Verstärkung um 10, ich ich beim ersten OPV übersehen habe. Das macht zusammen eine zu erwartende Ausgangsspannung von 10 kV. Ich bezweifele, dass es dafür einen OPV gibt.

Ich habe das gerade simuliert und habe 10 kV hinten herausbekommen. Das Signal hingegen kommt weitgehend unverändert beim Integrator an (deine Zeitkonstanten liegen alle bei hohen Frequenzen (vergleichen mit der Pulsbreite von 0,1 s), sodass die leicht abgeflachten Flanken nicht weiter auffallen).

Kann es sein, dass dein Simulator Mist macht? Der hat womöglich Schwierigkeiten damit, einen sinnvollen Anfangswert für die Spannung über dem Kondensator des Integrators zu finden.

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

willst du mich verarschen? LOL Hammer

die schaltung funktioniert, ich hab das sowohl simuliert als auch analytisch ausgerechnet (uebertragungsverhaeltnis; Laplace) und die ergebnisse stimmten ueberein.

im anhang ein bild des ausgangssignals des sallen key filters (gruen)

das nenn ich schon eine "weitestgehend veraenderte" Signalform (rot ist der eingangsimpuls)

aber selbst wenn es sich nicht veraendern sollte (wovon du ja offensichtlich ueberzeugt bist) lass mich das mal ganz kurz ueberschlagen:

ich denke das sollte der Verstaerker grad noch so schaffen...

p.s. das integral des Eingangsimpulses betraegt 0.1mVs und nicht 0.1Vs, ich hatte also deine Falschaussage faelschlicherweise bestaetigt, das bedeutet fuer deinen weiter obenstehenden beitrag bekommst du 0 Punkte da alle Aussagen komplett falsch sind Hammer

aber ist schon ok, ich weiss deine Kommunikationsfreudigkeit durchaus zu schaetzen Prost

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Einen idealen Integrator zu bauen wird Dir nicht gelingen, da die Offsetspannungen immer etwas zum Signal beitragen werden. Deine Schaltung "muss" ja förmlich in die Übersteuerung gehen, da nützt Dir ein Offsetabgleich höchstens, den Zeitpunkt der Übersteuerung rauszuzögern...

Du müsstest Dich fragen, was die Schaltung genau können muss: Wozu brauchst du dieses Tiefpassverhalten ? Und wahrscheinlich brauchst Du Dich um sehr sehr tiefe Frequenzen nicht zu kümmern und kannst einen Widerstand zm Kondensator parallel schalten. Klar, dass dies das Resultat verfälscht, aber Kompromisse muss man immer machen.

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Hallo und danke für die Antwort.

Hab glaub ich eine fuktionierende Lösung gefunden. Einfach den Kondensator mittels Analogschalter kurzschliessen. Den Impuls von der Spannungquelle nutze ich um damit den Schalter zu aktivieren und im richtigen Zeitpunkt die Überbrückung zu unterbrechen, d.h. der Integrator integriert nur wenn mein Impuls anliegt. Funktioniert zumindest in der Simulation einwandfei. Ob sich die Schaltung dann genauso verhält weiss ich natürlich nicht, aber ich hoffe es mal. Muss dann nur noch einen Peak hold Detector hinten dranhängen weil
der Überbrückungsschalter den Kondensator wieder kurzschliesst sobald V4 auf low geht und dann natürlich auch der Ausgang des Integrierers auf 0 geht.

Wozu brauchst du dieses Tiefpassverhalten ?

Die ersten beiden OP sind Teil einer größeren Schaltung für die ich ein Testboard bauen möchte. Die Sprungantwort zu integrieren und mit dem analytischen Wert zu vergleichen scheint mir eine gute Möglichkeit Filter zu testen. Gibt mit Sicherheit noch andere Möglichkeiten aber da ich von der Sache relativ wenig Ahnung hab versuch ich das mal so :-)

dachdecker2

Ich muss mich entschuldigen, oben habe ich als Pulszeit irgendwie 0,1 s aus deinem Post gelesen, obwohl da 0,1 ms steht. Deswegen bin ich auf die 10 kV gekommen. Nach 0,1 ms sind natürlich die 10 V richtig und die Filter haben bei 0,1 ms Pulsbreite schon einen recht erheblichen Einfluss auf die Signalform.

Aber: die Schaltung an sich funktioniert so wie sie soll, zumindest in der Simulation. Auch der Integrator bringt das Ergebnis, was ich erwarte.

Ich hab die Werte bei mir in der Simulation berichtigt, nochmal simuliert und bekomme das nachstehende Bild. Ich erwarte genau das, was herauskommt. Was erwartest du anderes?

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

Hi,

deine Simulation ist schon ok, wenn man den Offset-Einfluss vernachlässigt. Ich kenn ja die Modelle deiner OV's nicht.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Das mit dem Schalter funktioniert natürlich, nur hast Du diesen in der fertigen Schaltung vermutlich nicht - oder ?

xkris · Anmeldungsdatum: 06.10.2005 Beiträge: 281 Wohnort: LÜbeck

dachdecker2

Der Schalter ist in der Praxis auch nicht erforderlich, da der kondensator seine Ladung nicht für ewig halten kann. Der Simulator findet aber von selbst keinen (mir sinnvoll erscheinenden) Startwert für die Spannung über dem Kondensator - mit dem Schalter zwinge ich ihn auf einen Wert, der mir genehm ist smile

.

Für den Fall (den man besser vorsehen sollte), dass der Integrator mal zurückgesetzt werden soll, braucht man den Schalter natürlich auch in der fertigen Schaltung. Ihn dann durch ein PhotoMOS-Relais zu ersetzen halte ich für die beste Variande, weil man dann nicht mit der Hand ranmuss, sonder einen Controller o.ä. das Rücksetzen automatisch machen lassen kann.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Es gibt ja relativ einfache Spitzenwertgleichrichter mit Dioden und OPs (hab jetzt nicht gesucht, aber das kannst Du auch). Keine Ahnung wie genau Du den Spitzenwert brauchst, aber bis 1-2% wirst Du mit einfachen Mitteln sicher hinkommen. In jedem Fall musst Du Dir überlegen, wie die Zeitkonstante oder eine Rücksetzung durch FET Schalter sein soll, da sich der Spitzenwert ja ändern kann.