Ich brauch einen spannungsgesteuerten Tiefpass. Einstellbare Frequenz sollte 5Hz bis 1kHz sein. Da das ganze in einem Regelkreis sitzt und er die Phase nicht total durcheinander bringen soll, darf es nur ein TP erster Ordnung sein.
Die Wirkung der Ansteuerspannung sollte im Idealfall etwa exponentiell sein (auf die genaue Kurvenform kommts nicht an). Die vorhandene Steuerspannung ist 0..10V.
Die zu verarbeitenden Signale sind ±10V und die vorhandene Betriebsspannung ±15V.
Um das ganze nicht selber stricken zu müssen nun die große Frage: Gibt es das ganze als fertiges IC?. Filter-ICs die ich gefunden habe, sind mindestens 2. Ordnung.
Also RC Tiefpass? Da koennte man einen FET-Optokoppler nehmen. Wenn es R-linear steuerbar sein soll, im Servobetrieb wie hier:
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Ob das fuer den Signalpfad linear genug wird muesstest Du untersuchen. Wenn es eine Regelschleife ist kannst Du Dir u.U. die ganze Servo-Chose sparen und dann bleibt fast nur der H11F3 selbst uebrig.
LDR plus Leuchtmittel (heutzutage LED) ist eine gute Idee, wurde in verschiedenen National App Notes so gemacht. Aber aufpassen, ich habe dunkel in Erinnerung dass die Buerokraten in Bruessel LDR als poese, poese eingestuft haben. Vermutlich weil denen wegen des Cadmiums da drin der Himmel auf den Kopf fallen koennte.
Also Reichelt hat die Standard-LDRs noch im Sortiment.
Und ja die Lösung ist wirklich gut. Ich glaube, wenn man über mehrere Zehnerpotenzen hinweg arbeiten möchte, ist sie sogar weitgehend alternativlos. Unspaßig wird es nur, wenn man mehrere korrelierte Widerstände braucht oder wenn es schnell gehen soll.
Fuer Hobbyzwecke kein Problem. Man sollte jedoch bei Distis nachsehen wenn das fuer ein Serienprodukt ist. Habe mal den PDV-P9001 bei Farnell nachgeschlagen, den Digikey mit gut 20000 Stueck bevorratet ... nueschte. Gibt dort einige andere, aber bei RoHS Konformitaet steht dann z.B. bei der VT300 Serie "Nein". Auch bei Silonex.
Es gibt zwar Optokoppler mit Doppelsensor aber m.W. nicht bei den Photo-FET Varianten. Da kann man nur zwei H11 nehmen und hoffen dass sie aus der gleichen Charge sind. Oder automatisch kalibrieren.
Reichelt verkauft auch 22 Jahre alte Elkos als Neuware. Auf Nachfrage bestätigen die sicher auch noch RoHS-Konformität für den Sondermüll ;)
LDRs haben aber ihre Verwendungszwecke, wenn auch in Nischen. Trotzdem werde ich nicht davon zu überzeugen sein, dass es irgendwem, zum Schluss der Umwelt, irgendwas nützt, wenn Millionen von Geräten in China direkt für die Halde produziert und dann in Afrika abgefackelt werden und dafür eine Handvoll freakiger Musik-Effektgeräte die 40 Jahre liebevoll gepflegt wurden künftig ohne CdS auskommen müssen.
Trotzdem, der Bereich ist zu groß für einen LDR. 1:10 ok, aber nicht
1:200. Zumindest aus dem Gefühl heraus, ausprobiert habe ich es noch nicht, aber schon genug Geräte reparier, in denen mit LDRs Audiosignale komprimiert/begrenzt wurden
Klar, aber der gezeigte ist immer noch ziemlich wuchtig. Gibt auch winzige, ohne diese Fingerstruktur, die sind in so Gehäusen wie früher die OC-nnn Transistoren. ORP60 oder ORP61 hiessen die, je nachdem, ob sie für axialen oder radialen Lichteinfall waren, jetzt gibt es einen Kombityp, wo das Plättchen schief steht und sich für beides eignet. Ob die wirklich viel schneller sind, könnte ich jetzt allerdings nicht sagen. Zeitkonstante um 25ms bei 10 Lux, naja, superflott ist das nicht, aber die Dingens haben sich bei mir gut bewährt, auch etwa als direkter Ersatz des Potis in Dimmerschaltungen. Diese Winz-LDR haben allerdings einen etwa 10x höheren Widerstand bei gleicher Beleuchtung wie diese dickeren mit Interdigitalstruktur.
Mit den grossen LDR hatte ich eher Probleme, da sie bei Ansteuerung mit heutigen hellen LED viel zu empfindlich sind. Für Potentialtrennung stehen oftmals
4-20mA oder 0-20mA zur Verfügung, die prima auf LED passen. Mir schien auch, die Farbe spiele kaum eine Rolle, egal ob rot/gelb/grün/blau/weiss, hat alles etwa gleich gut funktioniert.
ja wie? Bei zwei Dekaden läuft der LDR erst warm. 1:10000 ist durchaus drin, wenn man Zeit hat. LDRs sind halt nicht die schnellsten.
Ja, war früher gängig. Und nach ein paar Jahren und etlichen Transporten auf dem (ungefederten) Hänger war die Versiegelung der LDRs gerissen und die Geräte konnten nichts mehr.
Der Post von Bernd brachte eine Idee: Ein Switched Capacitor Filter selbst stricken, aber nur zwei FETs vorsehen:
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Integrierte Versionen tun es m.W. hier nicht, ich kenne keine (noch lieferbaren) die +/-10V packen wuerden.
Das funktioniert im Prinzip wie eine Eimerkette, Ladungen werden vom Eingang auf den zweiten Kondensator gehievt. Man kann ueber den Takt steuern wieviel und das wirkt dann wie ein veraenderbarer Widerstand. Ein winziges Problem ist dass der Takt immer mindestens 10x hoeher als Deine hoechste Frequenz sein sollte, bei einpoliger Filterung eher noch mehr. Denn die Takfrequenz kommt da hinten ebenfalls mit raus und das muss entweder rausgefiltert werden oder das nachfolgende System muss blind dafuer sein. Bei 5Hz als niedrigste Frequenz haette man dann schon
2MHz max (bei 1kHz 3dB Frequenz fuer Dein Filter, sonst niedriger). Der Grund ist dass Du bei 5Hz den Takt auf 10kHz runterdrehen musst und das kann man noch passiv per LC Tiefpass wegfiltern. Weniger dann kaum noch weil das zu nahe an Dein Filter heranrueckt.
Ok, nun hat man einen Takt zu veraendern, aber mit einem simplen spannungsgesteuerten Multivibrator oder aehnlichem kann man es so gestalten dass man den Takt mit einer Spannung variiert.
Dann gaebe es natuerlich noch die Frank Buss Methode: Die +/-10V um 10:1 runterteilen, +1.5V Offset draufgeben, in den ADC1 eines uC, dort ein digitales Filter laufen lassen bei dem die Koeffizienten entsprechend einer am ADC2 reinkommenden Spannung veraendert werden, hinten wieder raus und verstaerken. Gibt allerdings viel Group Delay.
Ja, so würde ich das machen. Habe das gerade mal mit meinem STM32F4 Discovery Board ausprobiert, mit folgendem Code (das ganze drumherum mit Hardwareinitialisierung usw. ist dort nicht zu sehen und ist etwas aufwendiger, aber hatte ich schonmal programmiert, sodaß man es leicht für solche Versuche wiederverwenden kann)
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Der verwendete Tiefpassfilter dort ist die diskrete Implementierung eines einfachen RC-Filters, wie hier beschrieben:
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also mit 3 dB Abschwächung pro Oktave ab der Grenzfrequenz.
Das Beispielprogramm erzeugt über einen weiteren DAC einen 100 Hz Sinus in Echtzeit, überlagert mit einem 800 Hz Rechtecksignal kleinerer Amplitude, was dann in der realen Anwendung von woanders herkäme. Hier ein paar gemessene Beispiele für verschieden Filtergrenzfrequenzen:
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Der ADC und die DACs arbeiteten dabei mit 10 kHz Samplerate. Wenn man nur den Filter implementieren will, dann schafft der Prozessor auch problemlos 100 kHz (die Echtzeit-Signalgenerierung ohne Tabelle geht mit so einer hohen Frequenz allerdgins nicht mehr, max. ca. 50 kHz lief noch sauber), womit die Quantisierung bedeutend besser wird, die man in den Beispielen schon erkennen kann.
Jetzt könnte man problemlos von einem weiteren ADC-Pin die Steuerspannung einlesen und dann jeweils alpha neu berechnen, z.B. per logarithmischer Tabelle, linear interpoliert zwischen den Werten (zwei Zeilen Sourcecode plus Tabelle).
Also vom Microcontroller her gibt es da kaum Verzögerung: Daten samplen, Filterupdate und Daten wieder rausschieben, also eine Verzögerung von
2/Samplerate Sekunden. Aber hängt natürlich vom Filter ab. Wie man oben im Beispiel für die 20 Hz Grenzfrequenz sehr gut sehen kann, wird das dabei schon recht viel verzögert. Ich habe nicht viel Ahnung von Signaltheorie, kann das nur programmieren, wenn mir einer sagt, wie es geht :-) , aber gibt es bessere Filter, die keine so hohe Verzögerung bei niedrigen Grenzfrequenzen haben?
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Frank Buss, http://www.frank-buss.de
electronics and more: http://www.youtube.com/user/frankbuss
Wurde in den 70ern sporadisch gemacht. Z.B. auch um Chopper-Verstärker zu bauen ( Roland Best "Die Verarbeitung von Kleinsignalen in elektronischen Systemen" enthält Schaltungen dazu ). Die zugehörige diskrete Schaltungstechnik ist auch nicht völlig obsolet, spätestens wenn man versucht kapazitive Sensoren zu bauen taucht sie wieder auf.
Eigentlich will man dafür aber CMOS-OPs und CMOS-Analogschalter und landet damit beim MF10 und +/-5V Versorgung.
MF10 ist zwar ein Biquad, aber hinter dem 1. Integrator ist ein Abgriff ...
SC-Schaltung hat definierten Zusammenhang Steuerspannung zu Eckfrequenz. Wird aber mit solchen Nebenforderungen mehrere ICs. Transkonduktanz-Verstärker a la CA3080 oder LM13600 haben Bauteilstreuung, Temperaturgang usw. Aber die schwammigere Funktion wird eventuell aufgeräumtere Schaltung aufgewogen.
Irgendwann moechte ich auch mal so programmieren lernen. Aber weniger fuer den Job, eher hobbymaessig. Ich Januar muss in eines meiner Designs eine Art MPPT Routine rein, in einen uC den ich noch nicht gut kenne. Da bin ich froh dass ich nur die SW-Architektur und nicht die Software selbst machen muss.
Bei 20Hz ist irgendwie die Amplitude eingelaufen, sollte bei einem Tiefpass nicht sein. Aber das hat sicher einen einfachen Grund, vermutlich eher ein kosmetischer Bug.
Du bist wahrscheinlich zu jung dafuer, ich habe so eine Logarithmentabelle hier noch liegen. Auf Papier, in abwaschbarer Buchhuelle, aus meiner Schulzeit.
Bei einem RC Tiefpass nicht. Ich finde es erstaunlich dass es nur zwei Sample Clocks Verzoegerung gibt. Wenn die hier bei 10x der maximalen Signalfrequenz liegt sollte das Thorstens Regelschleife nicht gross kratzen.
Aber Vorsicht, selbst der CD4066 schafft die +/-10V Signalamplitude so gerade eben nicht. Es sei denn man betriebt ihn "Fuss in der Oelwanne" mit 20V, also an der Schwelle zum roten Drehzahlbereich.
Oh ja :-)
Aber es gibt kaum noch Leute die das koennen oder machen wollen.
Nur schafft der die Amplitude nicht.
Wenn man das diskret aufbaut geht es. FETs gibt es mit +/-30V max Vgs, muss man aber laenger nach suchen. Oder klemmen, dann reichen normale. Optokoppler a la H11F machen die Sache einfacher, jedoch nur die F1 und F2 Versionen mit 30V Breakdown.
Die gibt es m.W. nur noch antiquarisch oder bei den Obsolete Parts Dealers. In ein neues Design wuerde ich sowas nicht mehr setzen.
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