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Digitalisierung des Messsignals
Problemstellung
Um die Nulldurchgänge über unseren Mikrocontroller mit einem Taktsignal zu
ermitteln, ist es notwendig den (gereinigten) Sinusspannungsverlauf in eine
Rechteckspannung umzuwandeln die zwischen den logischen Pegeln LOW und
HIGH alterniert.
Umsetzung
Hierfür wurde die Realisierung der Schaltung über einen nicht invertierenden
Schmitt-Trigger und einer anschließenden Spannungsbegrenzung über eine
Diodenschaltung vorgeschlagen.
Aufbau
Um einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger aufzubauen, legt man das
Eingangssignal(Ue) auf den Fuß eines Mitkopplungs-Spannungsteilers (R1, R2)
geben, und das ganze auf den nicht-invertierenden Eingang des OPV’s
anschliessen. Der invertierende Eingang wird auf Masse gelegt(Siehe Abb. 76).
R1: Eingangswiderstand.
R2: Widerstand der Mitkopplung.
Die Diode am Ausgang des OPV‘s leitet bei positiver Spannung, und sperrt bei
Negativer. Dies ist eine Einweg-Gleichrichtung. Die Z-diode begrenzt anschließend
die Spannung auf 4,9V.
Berechnung
Hat Ue einen großen positiven Wert, bleibt das Ausgangssignal maximal
(Ua=Ua max). Verkleinert man Ue, bis die Differenzspannung Ud am Eingang des
OPV’s null ist, ändert sich Ua zunächst nicht. Erst wenn Ue den Wert Ue
aus(Ausschaltpegel) erreicht oder unterschritten hat, springt Ua auf den minimalen
Wert (Ua min). Bei diesem Zustand ist also
Ue = Ue aus = -(R1.Ua max)/R2
. Der neue Zustand ist stabil bis Ue der Wert
Ue ein = -(R1.Ua min)/R2 (Einschaltpegel)wieder erreicht oder überschreitet.
Dimensionierung
Für die Dimensionierung wurde für die Ein- und Ausschaltpegel Ue ein und Ue aus
jeweils die Werte 0,5V und –0,5V festgelegt und am Ausgang wollten wir eine
maximale Spannung von 10V haben. Über obige Formeln haben wir das Verhältnis
von beiden Widerständen rausbekommen als:
R1/R2 = 1/20
Nach einer ersten Simulation in Pspice wurde ein Testaufbau realisiert und
messtechnisch überprüft. Hierfür wurde folgende Schaltung verwendet:
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