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Hi Forum.

eigentlich sagt der Titel schon alles. Für eine Anwendung benötige ich im Bereich von 100Hz - 1800Hz eine Spannungsverstärkung von Wurzel2 pro Oktave. Das entspricht 3dB pro Oktave oder 10db pro Dekade. Wie mache ich das? Vorallendingen genau.

Eine R/C Kombination hat ja 6dB/Okt. bzw. 20dB/Dekade. Da bin ich noch nicht weiter gekommen. Hat jemand eine Idee?

Ich hatte schon mal daran gedacht, ob ich das ganze so abstimme, dass ich den -3 dB Punkt eines Filters verwende. Das klappt jedoch nicht, weil, wenn die Frequenz um den -3dB Punkt schwankt, schwankt auch die Steilheit der Kurve. Dies lässt sich leider nicht gerbauchen.

Auch ein R/RC Filter habe ich schon durch, ist aber noch nicht genaugenug.

In der Anwendung kann die Frequenz um wenige Herz schwanken. Diese Schwankungen verursachen auf Grund der unterschiedlichen Leistung innerhalb einer Schwingung Fehler im Nutzen. Da, wenn ich das jetzt richtig habe, bei doppelter Frequenz die Leistung, die an eine Induktivität abgegeben wird, sich ja bei gleicher Spannung halbiert müsste ich mit eine Spannungserhöhung von Wurzel 2 wieder das ausgleichen können. Oder habe ich da noch einen Denkfehler?

Freue mich auf Eure Antworten.
HW-Schrauber

» In der Anwendung kann die Frequenz um wenige Herz schwanken. Diese
» Schwankungen verursachen auf Grund der unterschiedlichen Leistung innerhalb
» einer Schwingung Fehler im Nutzen. Da, wenn ich das jetzt richtig habe, bei
» doppelter Frequenz die Leistung, die an eine Induktivität abgegeben wird,
» sich ja bei gleicher Spannung halbiert müsste ich mit eine
» Spannungserhöhung von Wurzel 2 wieder das ausgleichen können. Oder habe ich
» da noch einen Denkfehler?
»
Hallo,

diesen Absatz verstehe ich nicht. Welche "Anwendung" hast du denn?

Grüße
Altgeselle

Die Anwendung ist ein Magnetkopf der mit einem Leistungsverstärker (20-30 Watt) angetrieben wird. Als Eingang dient ein Generator mit 100Hz bis 1800Hz Sinussignal. Der Generator ist gegeben (PLL) und kann die Frequenz nur eingeschränkt stabil halten. Bei gegebener Frequenz gibts Schwankungen von +/- 2-3Hz. Diese Schwankung hat Auswirkung auf die Auslenkung des Magnetkopfes. Da die Schwankung zu unterschiedicher Leistung im Magentkopf führt, ändert sich, zwar minimal, die Auslenkung. Um nun die Leistung unabhängig von der Frequenz zu stabilisieren, würde mir ein Hochpass mit 3dB Flankensteilheit genau die entstehenden Veränderungen quasi in Echtzeit korrigieren.

» Die Anwendung ist ein Magnetkopf der mit einem Leistungsverstärker (20-30
» Watt) angetrieben wird. Als Eingang dient ein Generator mit 100Hz bis
» 1800Hz Sinussignal. Der Generator ist gegeben (PLL) und kann die Frequenz
» nur eingeschränkt stabil halten. Bei gegebener Frequenz gibts Schwankungen
» von +/- 2-3Hz. Diese Schwankung hat Auswirkung auf die Auslenkung des
» Magnetkopfes. Da die Schwankung zu unterschiedicher Leistung im Magentkopf
» führt, ändert sich, zwar minimal, die Auslenkung. Um nun die Leistung
» unabhängig von der Frequenz zu stabilisieren, würde mir ein Hochpass mit
» 3dB Flankensteilheit genau die entstehenden Veränderungen quasi in Echtzeit
» korrigieren.

OK. Am besten wäre es einen Generator mit ausreichender Frequenz- und Amplitudenstabilität
zu verwenden. Das kommt wohl nicht in Frage.
Die Kraft eines Elektromagneten ist nicht von der Leistung, sondern vom Strom abhängig.
Der Strom ist I=U/Z, mit Z = Wurzel(R^2+Xl^2) und Xl=2*pi*f*L.
Die Werte von R und L könnte man messen. Dann könnte man berechnen, ob tatsächlich eine
Frequenzänderung von wenigen Hz den großen Einfluß hat, oder ob eher Amplitudenänderungen
oder Änderungen des Drahtwiderstands R mit der Temperatur die Veränderungen hervorrufen.

Eventuell kann man den Strom durch den Magnetkopf per Shunt messen und eine Stromregelung
aufbauen (z.B. OP-Regler zwischen Generator und Verstärker).

Hallo Altgeselle.

Der Generator ist tatsächlich nicht genauer hinzubekommen. Die Amplitude steht auf µV genau. R/2R Netzwerk aus einem 8 Bit Latch welches nur die 8 Bit für die Signalerzeugung ausgibt. Es ändert sich also wirklich nur die Frequenz. Die Temperatur steht ebenfalls stabil, weniger als 0,1°C über 24h.

Das nur der Strom für die Auslenkung ausschlaggebend ist, ist zwar so richtig, da sich aber das Z frequenzabhängig ändert, ändert sich somit auch der Strom. Wenn sich der Strom bei gleichbleibender Spannung ändert, ändert sich doch eigentlich auch die Leistung. Somit habe ich bei meiner Überlegung den Schritt direkt übersprungen und die sich ändernde Leistung als Bezug angeführt.

Eine Messung von Größen innerhalb der Spule hatte ich auch schon mal überlegt, kommt aber auf Grund der benötigten Reaktionszeit und der minimalen Differenz, die es auszugleichen gilt, nicht in Betracht.

Vielleicht erklärt sich dir folgendes. Die Frequenz wird aus einer Motorumdrehung (Servomotor mit Regelung) heraus generiert. Dadurch die kleinen Schwankungen im Frequenzbereich. Die Drehungen sind 1 bis 20 Upm und wernden mit einem Inkrementalgeber abgegriffen und mit einer PLL auf Frequenz gebracht. Diese Lösung hat als Effekt, dass immer eine definierte Anzahl Hübe pro Umdrehung erzeugt wird. Wenn nun aber die Frequenz schwankt, weil die Motordrehzahl schwankt, dann bleibt auf Grund der PLL die Anzahl Hübe pro Umdrehung gleich und geschehen auch immer zum gleichen Umdrehungswinkel. Was sich ändert ist die Frequenz für den Magnetkopf. Und da wird es spannend. Es gibt ein System, bei dem die Frequenz messtechnisch wie auch per Gehör feststellbar stabil steht. Da ist das Ergbnis perfekt. Bei dem System, beidem der Fehler auftritt, schwankt der Ton den man hört leicht hörbar. Gemessen wir eine Differenz von +/- 2-3Hz bei einer Ausgangsfrequenz von 945Hz. Diese kleine Schwankung macht sich im Ergebnis sichtbar. Und da jetzt für mein Verständnis die schwankende Frequenz eine schwankende Leistungsaufnahme des Magnetkopfes zur Folge hat, müsste eine Stabilisierung der Leistung das Problem lösen. Da die Frequenz sich mehrmals pro Umdrehung ändert (wie eien Art Jitter) kann ich das schlecht über irgendwelche berechneten Korrekturen machen. Erst Recht nicht im Nachgang. Sprich, ich muss erst in der Halbwelle messen um dann in der nächsten die Korrektur anzubringen. Da die Nächste aber schon wieder etwas anderes sein kann, ist die Berechnung in jedem Fall nur annähreungsweise. Mit einer Frequenzabhängigen Verstärkung wäre das ganze quasi "just in time". Und wenn dann die Steilheit der Änderung pro Frequenz der Änderung der Leistung entspricht, musste das eigentlich perfekt den Fehler korrigieren.

Und ich meine mich zu erinnern (ist schon 40 Jahre her), dass die Fläche unterhalb der Sinuskurve der Leistung entspricht. Wenn also sich die Frequenz verdoppelt, halbiert sich die Fläche somit ist die Leistung dann doch auch nur noch die Hälfte. Doppelte Frequenz = 1 Oktave, Halbe Leistung = Halbe Leistung wieder verdoppeln entspricht Spannung * Wurzel2. Das wiederum entspricht 3dB bei Frequenzverdoppelung. Deswegen mein Thementitel. weil ich über mehrer Oktaven diese 3dB/Okt. benötigen würde.

Falls ich nun völlig auf dem falschen Pferd sitze, lass mich wissen wo deiner Meinung nach mein Denkfehler liegt.


Hoffe du kannst meine Ausführungen nachvolziehen.

Vorsorglich schon mal frohe Ostern
hw-schrauber

» Hoffe du kannst meine Ausführungen nachvolziehen.
»
Doch, ich denke, das verstehe ich (zumal ich mal als Student einen ähnlichen
Generator gebaut habe, welcher aus der Umdrehung eines Benzinmotors die
"Kolbenwegfunkton" erzeugte. Über eine PLL wurden phasenstarr die Adressen
für ein EPROM erzeugt. Die Daten wurden Über einen DA-Wandler mit R2R-Netzwerk
als Spannung ausgegeben).
Meine Zusammenfassung:
Der "Magnetkopf" wird mit einem Sinus-Spannung betrieben, deren Frequenz per Faktor
aus der Umdrehung eines Motors gewonnen wird. Dazu wird eine PLL verwendet. Das
System erzeugt einen "Jitter"; so dass die Magnetkopffrequenz um einige Hz
vom Sollwert abweicht. Wegen der Impedanz des Magnetkopfs ändert sich der
Strom durch den Kopf und damit das "Ergebnis".

Meiner Meinung nach kann ein Filter für den Frequenzbereich bis 945Hz nicht
die Lösung sein. Der richtige Amplitudenverlauf lässt sich kaum herstellen,
und ausserdem hätte das Filter auch ein Zeitverhalten (kein "just in time".
Der erwähnte Inkrementalgeber sollte eine hohe mechanische Präzision haben
und möglichst viele Impulse pro Umdrehung abgeben. Dann wird der Teilerfaktor
für die PLL kleiner und das VCO-Tiefpassfilter kann günstiger dimensioniert werden.
Dadurch wird der Jitter kleiner.

Auf jeden Fall Frohe Ostern
Altgeselle

Hallo,

suche mal nach rosa Rauschen. Das fällt mit 3dB/Okt. zu hohen Frequenzen ab. Entsprechende Schaltungen dazu nutzen eine Reihe von RC-Gliedern, die in bestimmten Kombinationen genau eine Steilheit von 3dB/Oktave erreichen.
Für Deine Schaltung musst Du dann nur aus dem Tiefpass einen Hochpass machen, z.B. diese RC-Kombinationen in die Rückkopplung eines OpAmps einbauen.

Wenn Du dann noch entgegen der Staffelung 10, 33, 100, 330, die ja nicht ganz gleichmäßige Multiplikatoren hat (nämlich einmal *3 und einmal *3,3, sondern stattdessen die Reihe 18, 56, 180, 560 nimmst, ist es noch genauer.

Mikee

» Hallo,
»
» suche mal nach rosa Rauschen. Das fällt mit 3dB/Okt. zu hohen Frequenzen
» ab. Entsprechende Schaltungen dazu nutzen eine Reihe von RC-Gliedern, die
» in bestimmten Kombinationen genau eine Steilheit von 3dB/Oktave erreichen.
» Für Deine Schaltung musst Du dann nur aus dem Tiefpass einen Hochpass
» machen, z.B. diese RC-Kombinationen in die Rückkopplung eines OpAmps
» einbauen.
»
» Wenn Du dann noch entgegen der Staffelung 10, 33, 100, 330, die ja nicht
» ganz gleichmäßige Multiplikatoren hat (nämlich einmal *3 und einmal *3,3,
» sondern stattdessen die Reihe 18, 56, 180, 560 nimmst, ist es noch
» genauer.
»
» Mikee


@Mikee
Danke für deine Anregung. Ich habe mir das mal an geschaut. Vermutlich reicht die Genauigkeit der sich ergebenden Flanke für die Anwendung nicht aus.

@Altgeselle
Dir auch besten Dank. Doch der Punkt mit den Genauigkeiten und er Auflösung liegt schon zurück. Aus mathematischen Gründen ist ein hoch genauer Inkrementalgeber mit 2500/5000 Inkrementen, geteilt auf 125 Pulse pro Umdrehung eingesetzt. Ein Filter zur Unterdrückung von Prell-Effekten bei Pulswechsel in Verbindung mit langsamen Drehzahlen/Maschinenerschütterungen wird auch verwendet. Dieser Puls muss dann mit einem Teiler von 7 bis 120 hoch gesetzt werden. Also bis zu ~150.000 bis 200.000 Pulse pro Umdrehung. Die Motordrehzahl dann so gewählt, dass die gewünschte Frequenz dabei rum kommt. Da die Winkelgenauigkeit des Motors auf 1-2% angegebn ist und diese Schwankungen beim Ergebnis sichtbar, aber messtechnisch nicht nachweisbar, werden, aber das optische Ergebnis zählt, muss nun eine Lösung her, die mögliche Fehler konstruktionsbedingt ausschließt.
Da es mit Filtern vermutlich nicht zu realisieren ist, steht nun die Lösung an, einen frei schwingenden Pulsformer mit einer Sinus Vollwelle als Impuls mit dem Positionssignal zu triggern. Hier ergibt sich dann eine kleine, schwankende Pause zwischen dem Ende der negativen und dem Beginn der positiven Halbwelle, werde aber versuchen, ob dass zum gewünschten Ergebnis führt.

Sobald es Neues zu berichten gibt, melde ich mich wieder. Kann aber etwas dauern.

VG, hw-schrauber