Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektronik Sinus zu Rechteck, unsauberer Schaltvorgang

joe schrieb:
> Meine Vermutung ist aktuell in der langsamen Schaltzeit des LM393 (laut
> Datenblatt Response Time von 1,3us), sodass während des Schaltvorgangs
> die Rückkopplung des noch nicht vollen Pegels am Ausgang auf den
> positiven Eingang des Komparators eine niedrigere Hysterese bewirkt.

Der 393 ist zu langsam. Es gibt weitaus schnellere Komparatoren und 
davon genügend... ;-)
 U.Bangert beschreibt das Problem in seinem PDF:
http://www.ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf
Siehe auch obige Grafik daraus..

Nachtrag: Vielleicht hilft auch noch der obige Anhang...

Ich habe ausversehen die falsche LTspice LIB Datei angehängt, hier 
nochmal die richtige.

Zudem ist mir aufgefallen, dass das unterschreiten der 
Versorgungsspannung erstmal (bei niedrigen Drehzahlen = kleine Amplitude 
des Sinus) kein Problem darstellen sollte, da der Sinus ja auf halbe 
Versorgungsspannung (ca. 1,7V) angehoben wird.

Danke für die Antwort @Michael M, ich lese mich mal ein. :)

Den Widerstand R3 sollte man direkt an den nichtinvertierenden Eingang 
schalten, damit die Hysterese besser wirkt. Dann darf R3 sogar von 100k 
auf 470k vergrößert werden.

joe schrieb:
> das ganze soll bis 1000 Umdrehungen pro Minute funktionierten, d.h. bis
> 1666 Hz (100 Pulse pro Umdr.).

Für 1666 Hz ist der LM393 nicht zu langsam.

joe schrieb:
> ...wobei auch ein sehr verrauschtes, schwaches Signal
> zuverlässig erkannt und gewandelt wird...

Das Bild im Eingangsbeitrag ist (d)eine Simulation.
Urausch = ca. 300mV-SS und Usig = ca. 150mV-SS

Wie sieht die tatsächliche Praxis aus (Messung)? Ist da das Sensorsignal 
auch im Rauschen versteckt?
Simulationen bringen nichts, wenn man sie mit kaum/nicht vorhandenen 
Parametern durchführt. Es sei denn, solche enormen Störungen werden von 
vorn herein als Randbedingung zwingend vorgegeben.

Das tatsächliche Rauschen ist im angehängten Oszi Bild (scope_3.png) zu 
sehen. Das Sensorsignal steigt erst mit der Drehzahl an und soll so früh 
wie möglich erkannt werden.

H. H. schrieb:
> Schau dir mal das Datenblatt des NCV1124 an.

Danke für den Tipp!

Achim S. schrieb:
> Im Anhang ist rechts mal eine Umsetzung dessen, was ich in
> Beitrag "Re: Elektronik Sinus zu Rechteck, unsauberer Schaltvorgang" als alternative
> Schaltung beschrieben habe. Filterzeitkonstante und Größe der Hyterese
> sind ähnlich zur Originalschaltung (links) gewählt. Der Ausschnitt der
> Simu zeigt in beiden Fällen den Bereich um denselben Schaltvorgang.

Danke dafür! Ich werde das mal so aufbauen und testen. Ich berichte dann

Ich habe meine Schaltung jetzt umgebaut (wie von Achim S. vorgeschlagen) 
und es sieht schon besser aus, siehe Anhang.

Ist jetzt wohl noch eine weitere Verbesserung mit einem schnelleren 
Komparator zu erwarten?

Kennt jemand einen schnelle(re)n, der mit dem LM393P (PDIP-8) 
Pinkompatibel ist?

Joe B. schrieb:
> Ist jetzt wohl noch eine weitere Verbesserung mit einem schnelleren
> Komparator zu erwarten?
>
> Kennt jemand einen schnelle(re)n, der mit dem LM393P (PDIP-8)
> Pinkompatibel ist?

Nebenbei: Deine Flanken sind noch nicht das, was man für eine 
Weiterverarbeitung wirklich brauchen kann.. Wenn du mit HC-MOS zählen 
möchtest, sollte die Fl.-Steilheit <=500 ns sein und vor allem keinen 
zusätzlichen Zacken drin.
Die könnten (beispielhaft) wie im Anhang aussehen.. ;-)
Der LT1018 ist übrigens pinkompatibel und mit längerer response time, 
aber ausreichend für deine Frequenz.
Ein Schmitt-Tr. danach wäre gut, wie Erich bereits sagte.
Schnellere Komps haben natürlich steilere Flanken, sind aber giftiger 
(s. Achim).

Achim S. schrieb:
> Joe B. schrieb:
> wie schaut es denn mit deinem Aufbau aus? ist die Versorgungsspannung
> Nähe bei den supplypins mit einem Kondensator gepuffert?

Da besteht mit Sicherheit noch Verbesserungspotential. Ich hatte noch 
keinen Kondensator, der die Versorgung puffert.

Habe jetzt einen 47nF Kondensator zwischen Vcc und GND des LM393 
gelötet. Das hat aber leider keine Verbesserung gebracht.

H. H. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Schau dir mal das Datenblatt des NCV1124 an.
>
> Sehe gerade, den LM1815 gibt es immer noch. Da kann man sich gut ansehen
> wie man die Störsignale unterdrückt.

Ich habe mir das Datenblatt angesehen aber bin mir nicht sicher was sie 
meinen. Könnten Sie btte genauer erklären, wo ich das sehen kann? Ist 
die interne schaltung des IC's gemeint figure 17)?

Ne ähnliche Anwendung sind Schrittmotoren als Drehencoder/Poti. Diese 
Schaltungen kannst du dir auch mal ansehen.

Wo will man ABS Sensoren sonst noch einsetzen ?
Motorenregelung ?
Neue E-Auto Motore. Da gibt es andere Möglichkeiten ....
Umdrehungen / Impulse zählen mit ABS Sensoren ????

Geh mal ein paar Schritte zurück betrachte die Situation neu dann 
findest du eine meist einfachere und bessere Lösung.

Irgendwie Salamitaktik da der Einsatzweck ... fehlt

LM393 sind tendenziell instabil im Übergangsbereich. Die Koppelkapazität 
vom Ausgangspin zum benachbarten inv Eingangspin - in Verbindung mit 
internen Phasendrehungen- sind das Problem. Es hilft, den inv Eingang 
möglichst niederohmig - am besten mit einer Kapazität >100pF gegen GND - 
zu betreiben.

Achim S. schrieb:
> Einen Versuch wäre vielleicht noch Wert, ca. 47pF parallel zu R3 zu

Ich werds ausprobieren :)

> Ach ja, und nochwas: der LM393 hat ja zwei Komparatoren in einem IC.
> Benutzt du beide oder ist einer von beiden nicht aktiv?
>
> Falls einer nicht benutzt wird, darf der auf keinen Fall undefiniert vor
> sich hinfloaten. Die Eingänge müssen so geschaltet werden, dass der
> Ausgang einen definierten Pegel annimmt.

Bisher hängt der einfach in der Luft, werde ich auch mal versuchen. 
Danke für die Tipps!

H. H. schrieb:
> Ja, und die Beschreibung auf den folgenden Seiten.

Danke, werde ich mir anschauen, eventuell wirds dann schlussendlich 
einer dieser IC's. Ist auf jeden Fall gut zu wissen, dass es die gibt 
und evtl kann ich mir da ja was abschauen.

Aktuell habe ich noch den Ehrgeiz es mit der "umständlichen" 
Komparatorschaltung auch hinbekommen :)

foobar schrieb:
> Wenn mein Nutzsignal max 2kHz hat, warum dann einen Tiefpass bei
> 20-30kHz?  Dazu kommt noch, dass die Spannung proportional zur Frequenz
> ist.  Dann häng ich da doch einen Tiefpass von <1kHz hin, oder?

Habe ursprünglich den Tiefpass nicht als diesen "gesehen", C2 war ja 
auch an einer anderen Stelle. Deshalb kam mir nicht die Idee, dass ich 
die Bauteilwerte so einfach auslegen kann. Danke für den Tipp!

Werde mal C2=12nF probieren, dann habe ich ca. eine Grenzfrequenz von 
2kHz.

Wenn das noch nicht reicht, versuche ich auch mal <1kHz wie empfohlen 
(also C2= ca. 22nF). Ist durch die hohe Amplitude zu erwarten, dass der 
Filter das Signal dann trotzdem durchlässt, wenn dieses >1kHz ist?

Abdul K. schrieb:
> Ne ähnliche Anwendung sind Schrittmotoren als Drehencoder/Poti. Diese
> Schaltungen kannst du dir auch mal ansehen.

Danke, kann ich mir auch mal anschauen. :)

Chris K. schrieb:
> Wo will man ABS Sensoren sonst noch einsetzen ?
> Motorenregelung ?
> Neue E-Auto Motore. Da gibt es andere Möglichkeiten ....
> Umdrehungen / Impulse zählen mit ABS Sensoren ????
>
> Geh mal ein paar Schritte zurück betrachte die Situation neu dann
> findest du eine meist einfachere und bessere Lösung.
>
> Irgendwie Salamitaktik da der Einsatzweck ... fehlt

Berechtigter Einwand, allerdings habe ich dieses Projekt schon mit einem 
Drehencoder der mir Rechtecke liefert am laufen. Die Umrüstung zur 
ABS-Sensor-Alternative dient zum test wie gut das klappt um den Sensor 
an einer anderen Baustelle einzusetzen. Dort ist dieser aufgrund der 
Mechanischen Befestigungsmöglichkeit des Impulsrads am Umfang einer 
Schwungscheibe praktisch.

Mark S. schrieb:
> LM393 sind tendenziell instabil im Übergangsbereich. Die Koppelkapazität
> vom Ausgangspin zum benachbarten inv Eingangspin - in Verbindung mit
> internen Phasendrehungen- sind das Problem. Es hilft, den inv Eingang
> möglichst niederohmig - am besten mit einer Kapazität >100pF gegen GND -
> zu betreiben.

Leider ist meine Schaltung durch die Anforderung, dass differentiell 
gemessen werden soll und nicht gegen Masse so aufgebaut, dass der Inv 
Eingang nicht niederohmig an Masse hängen kann.

Ich habe jetzt den zweiten Baustein so verdrahtet, dass  am Ausgang ein 
sicherer Low-Pegel vorliegt.

Das hat leider nichts an dem Schaltverhalten geändert.

Den Lowpass habe ich jeweils mit Grenzfrequenz 2kHz (12nF) und 1kHz 
(22nF) getestet, aber auch das hat mein Problem nicht verbessert.

Ich würde gerne ml den Labor-/Testaufbau samt Messmittel sehen

joe schrieb:
> Guten Tag,
>
> ich habe einen Induktiven ABS-Sensor aus dem Automobilbereich, welcher
> mithilfe eines Impulsrads eine Sinusförmige Spannung liefert. Dabei ist
> die Frequenz und die Amplitude Drehzahlabhängig. Es sind 100 Impulse pro
> Umdrehungen auf dem Rad und das ganze soll bis 1000 Umdrehungen pro
> Minute funktionierten, d.h. bis 1666 Hz.

Nö. 1000 U/min = 16,6Hz

> Das Signal steigt von 0 bis ca.
> 17V bei 3000 Umdrehungen pro Minute. Dieses Signal möchte ich in ein
> Rechtecksignal umwandeln, um die Impulse zu zählen. Das Signal soll
> zudem differentiell gemessen werden, damit sich Störungen auf beide
> Adern auswirken und somit keine Auswirkungen auf die Differenz am
> Eingang der Schaltung haben.

Naja, aber einen ECHTEN, DIFFERTNENTIELLEN Komparator baut man anders.

> In LTspice habe ich die angehängte Schaltung entworfen, welche auf einem
> Schmitt-Trigger mit dem LM393P basiert und in der Simulation sehr gute
> Ergebnisse liefert wobei auch ein sehr verrauschtes, schwaches Signal
> zuverlässig erkannt und gewandelt wird. In LTspice sind die funktionen
> der einzelnen Bauteile mit Kommentaren beschrieben.

R4 und R10 sind fragwürdig. Erstens braucht die keiner, denn die 
Eingänge können von V-- bis V++-1,5V laufen und wenn doch, dann sind die 
zu hochohmig.

> In der Praxis funktioniert die Schaltung prinzipiell und erkennt das
> Signal. allerdings sehen die Schaltvorgänge unschön aus, siehe
> Oszi-Aufnahmen (scope_0 und scope_1).

Tja ;-)

> Nun meine Frage als Elektronik Einsteiger an die Erfahreneren unter uns,
> woran könnte das liegen, bzw wie könnte man das verhalten der Schaltung
> verbessern?

Wenn es denn WIRKLICH differentiell arbeiten soll, muss man die 
Schaltung auch ECHT differentiell aufbauen. Incl. Hysterese. Aber da 
müßte ich jetzt auch erst mal schauen, wie das im Detail funktioniert.

> Meine Vermutung ist aktuell in der langsamen Schaltzeit des LM393 (laut
> Datenblatt Response Time von 1,3us),

Was ist daran langsam, wenn man 16Hz Signale messen will?

> sodass während des Schaltvorgangs
> die Rückkopplung des noch nicht vollen Pegels am Ausgang auf den
> positiven Eingang des Komparators eine niedrigere Hysterese bewirkt.
> Damit wäre die Schaltung während des umschaltens empfindlicher gegen
> Störungen.

Unsinn. Entweder ich habe ausreichend Hysterese, ggf. auch nur 
AC-gekoppelt, oder eben nicht.

> Während dem Durchstöbern von Datenblättern ist mir aufgefallen, dass ich
> wohl die zulässige Eingangsspannung des Komparators unterschreite, da
> ich ins Negative gehe, obwohl ich Ground für die Negative
> Versorgungsspannung nutze. Ist das problematisch,

Ja.

> bzw. wie wird das in
> der Praxis umgangen, da man mit Single-Supply ja oft auf dieses Problem
> stoßen wird?

Kommt drauf an.

Falk B. schrieb:
> Nö. 1000 U/min = 16,6Hz

Aber bei 100 Impulsen pro Umdrehung sind es dann doch wieder 1666 Hz.

Ich würde es so machen, siehe Anhang.

Klassischer Differenzverstärker, der wirkt auch gleich als Filter. 
Dahinter ein klassischer Schmitt-Trigger. Funzt prima, sollte auch 
in der Realität klappen. Durch den Differenzverstärker kann man das 
Ausgangssignal  sehr leicht auf die virtuelle Masse verschieben, damit 
kommt man ohne negative Versorgungsspannung aus.
Einen ECHTEN, DIFFERENTIELLEN Komparator hab ich beim schnellen googlen 
nicht gefunden. Ist schon recht exotisch, vor allem als diskrete Lösung. 
Darum lieber die Zweiteilung der Aufgaben.

Helge schrieb:
> Ich würde erstmal das ganze niederohmiger machen. Die Impedanz muß so
> niedrig sein, daß idealerweise das Tachosignal das stärkste ist.

Nö. Das allein ist es sicher nicht. Und auch dein Konzept ist nicht 
sonderlich brauchbar. Wenn man schon ein differentielles Signal hat und 
es WIRKLICH DIFFERENTIELL auswerten will, müssen auch die 
Eingangsimpedanzen der beiden Eingänge so gleich wie möglich sein, um 
die Gleichtaktunterdrückung zu maximieren. Dein Konzept macht das 
Gegenteil.

Helge schrieb:
> Es ist komplett sinnlos, differentiell auszuwerten. Das ist ein dummer
> kleiner Dynamo.

Und der hat 100 Pole? Oder ein Getriebe? Bei 100 Perioden/Umdrehung.
Wenn es denn wirklich so ein Dynamo/Tachogenerator ist, ist die echte, 
differentielle Auswertung Unsinn. Dann reicht ein RC-Filter + 
Schmitt-Trigger ohne Faxen.

m.n. schrieb:
> Im Prinzip so, wie ich es vorgeschlagen hatte.
> Nur etwas hilflos, noch extra einen LM358 zu ergänzen.

Du bist und bleibst ein erbärmlicher Dummschwätzer.

Beitrag "Re: Elektronik Sinus zu Rechteck, unsauberer Schaltvorgang"

"Die 1. Hälfte des LM393 würde ich als Differenzverstärker beschalten 
und
danach über einen RC-Tiefpass die 2. Hälfte als Komparator betreiben."

Nein, einen KOMPARATOR wie den LM393 kann man NICHT sinnvoll und stabil 
als
Linearverstärker betreiben! Bestenfalls anders herum einen LM358 als 
Komparator, bei 1,6kHz wird der vermutlich schnell genug sein, trotzt 
Sättigungseffekten.