Re: RC Signal in Gleichspannung wandeln - Noch eine Schaltung

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Geschrieben von Theodor Wadelow am 25. Oktober 2020 11:00:22:

Als Antwort auf: Re: RC Signal in Gleichspannung wandeln - Noch eine Schaltung geschrieben von Christian am 25. Oktober 2020 09:55:51:

Hallo Christian,

> Noch eine Frage, wie genau müssen die Widerstandswerte denn sein?
Das ist eine *gute* Frage.
Ich habe eine Spice-Simulation mit LTSpice laufen lassen, das ist immer ein bischen neben der echten Welt.

> Kann ich auf die nächst gängigen Werte wechseln?
Das musst Du sogar, sonst kann man das nicht bauen ;-)

Also: R4: 330 Ohm oder 360 Ohm versuchen oder wenn Du sowieso was bestellen musst, nimm 348 Ohm: ht tps://www.reichelt.de/widerstand-metallschicht-348-ohm-0207-0-6-w-1--metall-348-p11743.html
R4 bestimmt den Ladestrom für C1, also schon sehr dessen gemittelte Spannung. Da ist aber auch ein Temperatur- und Typen-Einfluss von Q2 dabei, insofern: ausprobieren.
Ebenfalls nicht ohne Einfluß: Diode D1. Es muss hier nicht Schottky sein, wenn an C1 etwas weniger Spannung anliegen darf (was es darf, siehe unten).
1N4148 wäre mein erster Kandidat (weil in der Bastelkiste).
Das System hängt auch sehr daran, wiviel Spannung dein Servo-Steuergerät abgibt, wenn die aus der Signalleitung 1mA gezogen wird.
Ich habe die Simulation mit blitz-scharfen 0-5V Pulsen 'gefüttert', die sieht man so exakt in der Wirklichkeit wohl nie.
Kurz: Die Spannung an C1 hängt z.B. im Modellbau auch von dem exakten Empfänger ab, den man hat.

> Welcher Art sollten die Kondensatoren sein? Danke!
Unkritisch, wir reden über 50 Hz und "keine" Leistung, kleine Elkos sollten gut gehen.
So 16V Nennspannung wäre ausreichend dimensioniert.
Wenn die Bastelkiste keine 4,7µF her gibt, versuche auch 10µF oder 3,3µF oder 2,2 µF. Versuch macht klug.

C1/R1 bilden den 'Integrator'. Wird C1 größer muss tendenziell R1 kleiner werden, aber nicht viel.
R1 ist eigentlich der Antagonist zu der Stromquelle um Q1/Q2 und in der Theorie(!) von C1 fast unabhängig.

R3/C2 bilden einen Tiefpass. R3 × C2 = τ ist eine Zeitkonstante, z.B. 10kΩ × 4,7µF = 10·103 × 4,7·10-6F = 47·10-3s = 47 ms.
Beachte: 50 Hz entsprechen 20ms Periodendauer, d.h. der Tiefpass 'überbrückt' ein bischen mehr als 2 Periodendauern.

R2/C3 (da habe ich bei der Nummerierung der Bauteile gepennt, was?) bilden noch so einen Tiefpass für verbesserte Filterwirkung.
Ich denke R × C = τ sollte nicht kleiner werden als es ist, damit das 50Hz-Ripple des RC-Servosignals entfernt wird.
Kommt halt immer darauf an, was Du im Ergebnis brauchst. Längere Zeitkonstanten gehen immer, das verlängert dann die Einschwingzeit, aber das Ausgangssignal wird glatter.

Hinter C3 kommt nun der Opamp. Der AD8538 ist der erste (für 5V-Betrieb geeignete und tatsächlich kaufbare) Rail-To-Rail-Opamp, den ich in LTSpice zur Simulation gefunden hatte.
Er wäre allerdings mit ca. 5€ (bei Reichelt) auch ein bischen teuer für den Zweck. Im Prinzip geht auch jeder andere Opamp, allerdings ist das Problem der "Headroom".
Headroom beim Op-Amp ist grob gesagt die Differenz zwischen maximaler/minimaler Versorgungsspannung und Ein-/Ausgangsspannugngen
Die Versorgung ist in meinem Schaltplan 5V/0V und am Eingang über C3 liegen ca. 1,2…2,4V an und 'out' macht 0,2 … 4,8V. Sowas war vor 15 Jahren nicht machbar.

Wenn Du mehr als 5V und weniger als 0V "anbieten" kannst wird das Design-Problem einfacher, die Opamps billiger.
Ganz früher wurden solche Opamp-Schaltungen mit ±5V mehr versorgt als man haben wollte.
D.h. Deine Schaltung wäre dann mit einer +10V und einer -5V Versorgung gebaut worden um 0-5V liefern zu können.

Den 'Headroom' kriegst Du auch umgangen, wenn Du mit weniger als 0-5V Ausgangssignal leben kannst. Wenn Du 'in Wirklichkeit' mit 1-4V am Ausgang zufrieden bist, dann würde das auch einfacher.
Kommt halt darauf an, was Du mit dem Signal machen möchtest, da hast Du bisher nicht viel erzählt.

Zur Ausgangsschaltung: Mit all den Unwägbarkeiten in Empfänger-Signal und den Bauteilen willst Du die Schaltung auf deine Situation abgleichen können.
Ich empfehle in der einfachsten Variante R8/R9 als 50k Spindeltrimmer, z.B.
ht tps://www.reichelt.de/praezisionspotentiometer-25-gaenge-stehend-50-kohm-64w-50k-p2710.html , auszuführen und R6 ebenfalls.
Für R6 verbindest Du den Schleifkontakt mit dem einen Trimmer-Ende und stellst das so ein, dass Du ca. 10kΩ hast. Weniger ist hier erstmal besser, weil es weniger "Ausgangspreizung" bedeutet.

Vor dem Einbau stellst Du den R8/R9-Trimmer etwa so ein dass ca. 16% seines Widerstandes, etwa 8,1kΩ an von seiner "Masse-Seite" bis zum Schleifkontakt gemessen werden.

Dann die Schaltung einschalten und bei 50% Einganssignal (Mittenlage) mit R8/R9 den Opamp auf 2,5V Ausgangssignal abgleichen.
Dann den Einang zwischen 0 und 100% variieren und mit R6 die "Spreizung" des Ausgangs vergrößern. Dabei die Mittenlage gelegentlich testen und ggf. nachstimmen.
Oh, am Op-Amp sollte über der Versorgung der "übliche" Abblockkonenstor von 100 nF von V+ zu V- gelegt werden. Ein günstiger kleiner X7R Keramikkondensator reicht:
ht tps://www.reichelt.de/vielschicht-keramikkondensator-100n-10--x7r-5-100n-p22865.html

-Theo

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