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Thema: Spannungsoffset auf Signal geben

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Spannungsoffset auf Signal geben

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    Hallo zusammen,

    es geht um folgendes Problem:

    Ich habe eine variable Signalform mit dem max. Werten -10V bis +10V. Mit variabel mein ich jegliche beliebige Signalform, muss auch nicht periodisch sein. Sprich da kann zu jeder Zeit alles zwischen -10V und +10V ankommen. Diesem Signal muss ich jetzt ein Spannungsoffset beifügen und zwar ebenfalls von -10V bis +10V. Die gemeinsame Ausgangsspannung darf aber wieder -10V nicht unter- und +10V nicht überschreiten.

    Ich möchte also den Nullpunkt meines Signals beliebig (mittels Poti) verschieben können. Schiebe ich den Nullpunkt zu weit nach oben oder unten, soll das Signal einfach abgeschnitten werden.


    Mein Ansatz wäre eine Addiererschaltung mittels OP. Geht eine gute Lösung in diese Richtung oder bin ich auf dem Holzweg?

    Könnte man das auch mit einem einfachen verstellbaren Spannungsteiler realisieren?


    Viele Grüße,
    hacker
    Ich würde ja gern die Welt verändern..., doch Gott gibt mir den Quellcode nicht!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte Avatar von Neutro
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    Ich würde auch einen Addierer nehmen.
    Der Link handelt zwar von einem Funktionsgenerator, aber in dem Schaltplan
    kannst du dir leicht den Schaltungsteil "offset" abgucken.
    http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/5/51/Dds.pdf

    MfG

    Neutro
    Jemand mit einer neuen Idee ist ein Spinner, bis er Erfolg hat.
    (Mark Twain)

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Die von Neutro vorgeschlagene Lösung ist die einfachste. Du musst eventuell noch am Ausgang des OPs (TL072) einen Spannungsteiler anschliessen, die die Spannung auf +/- 10V begrentzt, oder bei Versorgungsspannungen +/-12 V den OP mit 2k belasten (laut Datenblatt von Texas Instruments).

    MfG

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo,

    ich habe das jetzt so gemacht:



    Passt das so? Der Addierer invertiert das Signal, deswegen der nachgeschaltete nochmalige invertierende Verstärker. Der andere OP gehört zum DAC. Den einfach nicht beachten.
    Sind die Widerstandswerte in der Größe ok?. Ich kann nun eine Offsetspannung von -15V bis +15V einstellen. Dem Op macht das ja nichts aus oder?

    Wie man die Spannungsbegrenzung auf +-10V mittels Spannungsteiler realisiert bin ich aber noch nicht durchgestiegen. Macht man sowas nicht mittels Z-Dioden?


    Viele Grüße und danke für die Hilfe,
    hacker
    Ich würde ja gern die Welt verändern..., doch Gott gibt mir den Quellcode nicht!

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo hacker!

    Am einfachsten wäre die Offsetspannung am Ausgang des oberen OPs IC21 mit Vergrösserung des R12 auf 18k zu ändern, damit der OP nicht in Sättigung kommt, weil dessen Verstärkung ist gleich Ku = R13 / R12. Wenn die Eistellung nicht linear seien muss, würde ich den Poti R11 erhöhen (z.B. auf 10 k), da bei 1k und 30 V Spannung fliessen durch den Poti 30 mA was eine Verlustleistung von fast 1W bedeutet.

    Wenn man die Ausgangspannung mit einem Spannungsteiler begrenzenn will, ohne die gesamte Verstärkung zu ändern, müssen selbstverständlich die Eingangssignale entsprechend mehr verstärkt werden.

    Beispielsweise die max. Ausgangsspannung beträgt +/- 12V und sollte auf +/- 10V begrenzt werden. Das bedeutet ein Spannungsteiler am Ausgang des OPs 10 / 12. Damit die Eigangssignale gleich wie vorher verstärkt werden, muss die Verstärkung 12 / 10 mal vergrössert werden. Das Beispiel habe ich im Code skizziert.

    Bei höheren Frequenzen der verstärkten Signale sind Zenerdioden wegen ziemlich hohe Kapazitäten nicht empfehlenswert, da sie mit dem seriellem Widerstand ein Tiefpass bilden. Ein Spannungsteiler aus Widerstände lässt sich dagegen mit Kondensatoren kompensieren.

    MfG
    Code:
                      12k
                      ___
                   +-|___|-+
                   |       |
                   |  VCC  |
              12k  |   +   |
              ___  | |\|   |
         >---|___|-+-|-\   |
                     |  >--+---> +/- 12V
                   +-|+/
                   | |/|
                  ===  -
                  GND VCC
    
                      15k (14,4k)
                      ___
                   +-|___|-+
                   |       |
                   |  VCC  |
              12k  |   +   |
              ___  | |\|   |   2k
         >---|___|-+-|-\   |  ___
                     |  >--+-|___|-+---> +/- 10V
                   +-|+/           |
                   | |/|          .-.
                  ===  -          | |
                  GND VCC         | | 10k
                                  '-'
                                   |
                                  ===
                                  GND

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo PICture,

    irgendwie stehe ich heute Morgen auf dem Schlauch. Die Vergrößerung des R12 auf 18k soll dazu dienen, der der OP nicht in die Sättigung geht. Sprich, wenn ich z.B meine volle 15V Offset auf ein Signal mit schon 10V Amplitude loslasse, dass das Ergebnis seiner Verstärkung nicht mehr als 15V wiederum ist und somit alles abgeschnitten ist. Muss dazu der Widerstand nicht noch größer gewählt werden?

    Wenn ich diesen Widerstand aber ändere, dann stimmt ja auch meine Widerstandsverhälltnisse für einen einfachen Addierer aber auch nicht mehr. Ich müsste dann R14 gleich wie R12 wählen. Dann habe ich eine Addition der beiden Spannungen multipliziert mit R13/R12.

    Dann müsste ich diesen (nicht gewollten) Verstärkungsfaktor nachher wieder kompensieren.

    Ist denn die Sättigung des OPs "schlimm"? Außer dass er mir das Signal abschneidet? Das Signal soll später ja auf +-10V begrenzt bzw. abgeschnitten werden. Da hab ich mich vielleicht schlecht ausgedrückt. Ich will also nicht mein Signal so verstärken, dass es innerhalb der +-10V ist. Ich will das Signal bei +-10V abschneiden. Daher wäre ja die Sättigung nichts, was man unbedingt vermeiden muss, (wenn es nicht einen anderen elektronischen Grund dafür gibt.)

    Wie beeinträchtigt das Ändern des Potis die Linearität der Einstellung?
    Ich würde ja gern die Welt verändern..., doch Gott gibt mir den Quellcode nicht!

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo hacker!

    Ich verstehe deine Erklärungen über die Eingangsignale nicht ganz.

    Weil der obere OP von IC21 die Signale addiert, ist die Verstärkung fürs Offset Kuo = - R13 / R12 und fürs Signal von DAC Kudac = - R13 / R14. Die beide Verstärkungen sind doch voreinender unabhängig. Die Ausgangspannung ist gleich Uout = - ( Offset * R13 / R12 + Udac * R13 / R14 ).

    Die Sättigungs des OPs ist nicht "schlimm", ausser, dass das Eingangssignal abgeschnitten wird.

    Der Schleifer vom Poti R1 ist durch den R12 "virtuell" mit GND verbunden (der - Eingang des OPs kann als GND betrachtet werden) und unlinearität der Spannung lässt sich aus einem belastetem Spannungsteiler ausrechnen.

    MfG

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