Aus Sinus-Signal ein frequenzgleiches Rechtecksign

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

da ich aus der Lasermesstechnik komme, beschränken sich meine Elektronikkenntnisse sehr stark. Vielleicht kann mir hier jemand helfen.

Was ich brauche:

Ich habe ein Referenzwechselstromsignal mit etwa 2mA Amplitude und einer Frequenz von 193kHz. Bei jedem Null-Durchgang auf der bspw. steigenden Flanke von diesem Signal möchte ich ein Rechtecksignal mit synchroner Frequenz zum Referenzsignal erzeugen. Wichtig is aber, dass ich immer genau den Null-Durchgang erwische.

Jetzt die Frage: Gibts da sowas als einfaches fertiges Bauteil oder fertige Schaltung?

Dank im voraus,

Daniel

#2

Hallo Daniel,

das Bauteil nennt sich Komparator und vergleicht die Spannung an 2 Eingängen - für deinen Zweck ist einer davon 0 V. Im Prinzip muss man einen Sinus nur sehr hoch verstärken und abschneiden was den erlaubten Bereich überschreitet, um ein synchrones Rechteck zu erhalten, der Komparator tut auch nichts anderes.

Das gleiche passiert übrigens, wenn du an deiner Musikanlage alles voll aufdrehst: die Ausgänge werden stark übersteuert und geben daher statt Sinus nur noch frequenzgleiche Rechtecksignale ab, was sich schrecklich anhört.

Gruss Reinhard

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#3

Hallo Reinhard,

vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich habe schon mal eine Schaltung für die Sache bekommen, mit nem LT1016 als OPV mit einem Eingang an 0V. Für das frequenzgleiche Rechtecksignal folgt danach ein HCT4046 als PLL. Nur leider ist wohl die Flanke des sinus-signals nicht steil genug, denn der LT1016 fängt im Null-Durchgang irgendwie an zu schwimmen und kriegt kein ordentliches Rechtecksignal mehr raus.

Prinzipiell ist also eigentlich nur noch ein stabiler Null-Durchgangsdetektor das Problem, die Schaltung danach funzt einwandfrei (Hab mal als Eingang nen Rechtsignal drauf gegeben, da kriegt der LT1016 den Null-Durchgang exakt hin)

Grüße,

Daniel

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#4

vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich habe schon mal eine
Schaltung für die Sache bekommen, mit nem LT1016 als OPV mit
einem Eingang an 0V. Für das frequenzgleiche Rechtecksignal
folgt danach ein HCT4046 als PLL. Nur leider ist wohl die
Flanke des sinus-signals nicht steil genug, denn der LT1016
fängt im Null-Durchgang irgendwie an zu schwimmen und kriegt
kein ordentliches Rechtecksignal mehr raus.

Hallo Daniel,

der OPV oder Komparator sollte schon selbst das passende Rechteck liefern, eine nachgeschaltete PLL ist unnötig. Für ein steilflankiges Rechteck braucht man eine hohe Verstärkung und wenn das noch nicht reicht eine Hysterese von mindestens Ausgangsspannung / Verstärkung. Dann „schnappt“ der Ausgang auf das andere Extrem. Man muss dann nachrechnen, welcher Phasendifferenz die Hysterese entspricht und ob das für deinen Zweck zu viel ist - auch das lässt sich durch höhere Verstärkung beheben.

Die PLL in deiner Schaltung bewirkt auch nichts anderes als eine 2. Verstärkerstufe - sie richtet sich ja auch nach dem Nulldurchgang, aber nach dem am Ausgang von Stufe 1.

Gruss Reinhard

#5

Hallo Daniel,

Nur leider ist wohl die
Flanke des sinus-signals nicht steil genug, denn der LT1016
fängt im Null-Durchgang irgendwie an zu schwimmen und kriegt
kein ordentliches Rechtecksignal mehr raus.

Du solltest deinem Komparator noch eine Hysterese spendieren, dann schwingt er nicht mehr.

MfG Peter(TOO)

#6

Hallo Peter,

danke für den Tip, ähm, da stößt mein Wissen aus der E-Technik wieder an seine Grenzen. Wie geb ich dem Komparator ne Hysterese? Über nen Widerstand den Ausgang wieder an den Eingang koppeln? Wie groß darf der Widerstand dann sein? Aber vor allem, wenn ich da ne Hysterese einbaue, dann schaltet er doch wenn ich mich jetzt nich irre, in einem Bereich um 0V, aber nicht mehr bei exakt 0V, oder??

MfG

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#7

Hallo,

der OPV oder Komparator sollte schon selbst das passende
Rechteck liefern, eine nachgeschaltete PLL ist unnötig. Für
ein steilflankiges Rechteck braucht man eine hohe Verstärkung
und wenn das noch nicht reicht eine Hysterese von mindestens
Ausgangsspannung / Verstärkung. Dann „schnappt“ der Ausgang
auf das andere Extrem. Man muss dann nachrechnen, welcher
Phasendifferenz die Hysterese entspricht und ob das für deinen
Zweck zu viel ist - auch das lässt sich durch höhere
Verstärkung beheben.

> da hast du recht, den PLL brauch ich später für Frequenzteilung und um immer auf der Referenzfrequenz zu bleiben, für mein Problem ist er erstmal unbedeutend.

Mein Problem besteht momentan darin, den LT1016 so zu beschalten, dass er den Null-Durchgang meines Sinus-Signals exakt erwischt, dabei aber nicht zu schwimmen beginnt. Hast du da vielleicht ne Idee, was ich da vielleicht mit Kondensatoren und Widerständen machen kann? Ich bin auch schon auf der Suche nach ner Null-Durchgangs-Detektor-Schaltung, die mir da vielleicht ein paar Anregungen gibt!

MfG Daniel

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#8

Hallo Daniel,

danke für den Tip, ähm, da stößt mein Wissen aus der E-Technik
wieder an seine Grenzen. Wie geb ich dem Komparator ne
Hysterese? Über nen Widerstand den Ausgang wieder an den
Eingang koppeln?

Im Prinzip ja, du verschiebst damit die Referenzspannung am Komparator.

Wie groß darf der Widerstand dann sein?

Mit nur einem geht aber nicht.

Aber
vor allem, wenn ich da ne Hysterese einbaue, dann schaltet er
doch wenn ich mich jetzt nich irre, in einem Bereich um 0V,
aber nicht mehr bei exakt 0V, oder??

Das kann man ja wählen.
Du kannst das Ganze z.B. bei der negativen Flanke exakt bei 0V schaltet, bei der positiven hast du dann einen höheren Wert. Je nachdem musst du halt einen zweiten Komparator verwenden, bei welchem die Schaltspannungen gespiegelte Werte haben.

Wenn du nun noch beide Komparatoren mit einem XOR-Gatter verknüpfst, bekommst du hübsche Nadelimpulse bei jedem Nulldurchgang.

Allerdings ist das mit „exakt im Nulldurchgang“ so eine Geschichte.
Wenn irgendwelche Störsignale überlagert sind, mit Sicherheit ist da noch etwas Rauschen auf dem Signal, schaltet der Komparator nie genau im theoretischen Nulldurchgang.
Was jetzt für deine Anwendung an Tolleranz zulässig ist, musst du selber wissen.
Je nachdem kann es eine Verbesserung geben, wenn du mit deiner Referenzfrequenz zuerst eine PLL synchronisierst und dann von dieser den Nulldurchgang bestimmst. Das kann dir aber auch wieder andere Probleme bescheren …

MfG Peter(TOO)