Impedanzanpassung für Trafo

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Impedanzanpassung für Trafo
Suche nach: trafo (15167)

    










BID = 544864

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: Graz
 

  


Liebes Forum,

ich verfolge dieses Forum nun schon seit einiger Zeit, studiere selbst Physik, und könnte jetzt gut Eure Hilfe für ein Projekt brauchen. Bei allen Hilfsbereiten möchte ich mich jetzt schon für jede noch so kleine Anregung bedanken.

Ich muß ein bestimmtes getaktetes Rechecksignal über einen Trafo bringen. (Mit einem getakteten Rechtecksignal meine ich eine Rechteckfunktion, die durch Überlagerung einer zweiten Rechteckfunktion in Züge von Ein- und Auszeiten unterteilt wird. _______nnnnnnn_______nnnnnnn_______)

Dazu habe ich einen Funktionsgenerator, der mir mein fertiges Signal in einen selbstgebauten Verstärker einspeist. Der Verstärker schickt das Signal dann in den Trafo, und der überträgt es weiter in den Sekundärkreis, in dem damit dann Versuche gemacht werden sollen.
Ein Schaltplan des Verstärkers ist als „Schaltplan“ beigeschlossen.

Ich habe nun drei Probleme/Fragen:
1. Wie gleiche ich die Impedanz der Primärspule des Trafos am besten mit dem Ausgang des Verstärkers ab? Bei höheren Frequenzen (10 kHz) wird diese so hoch (gemäß \fed\mixonX_L=2*\pi*f*L), daß ich fast keine Leistung mehr über den Trafo bekomme. Kann ich einfach einen Kondensator vor die Primärwicklung setzen?
2. Wenn ich das Frequenzband von - sagen wir einigen hundert Hz bis zu erwähnten 10 kHz „durchwobble“, verschiebt sich mein Tastverhältnis. Warum ist dem so, und was könnte ich da am besten dagegen tun? (Ist das Verhalten des Optos nicht linear genug?)
3. Wenn ich mit dem Oszi am Gate des Mosfets abgreife, und mit dem zweiten Kanal „hinter“ der Primärspule, also am Drain des Mosfets, erhalte ich ein um 180° phasenverschobenes Signal. Während der Einzeiten am Gate habe ich also Auszeiten an der Spule und vice versa. Hat das seine Richtigkeit?

Liebe Grüße,
uxo



BID = 544867

berufsbastler

Schriftsteller



Beiträge: 615

 

  

Deine Mosfettreiberschaltung wird dir schon mal ein Problem bei höheren Frequenzen machen. Da du quasi einen 10k Gatewiderstand hast, kann der Mosfet nur recht langsam schalten.
Ist auch die Frage ob der Opto schnell genug ist.

Für den Mosfettreiber wäre eher was wie ne Push/Pullstufe oder gleich ein fertiger Treiber angebracht.
Mir fällt gerade nur der UCC27324 von TI ein. Das ist ein doppelter Treiber, gibt aber auch einzelne.

Zu der Phasenverschiebung:
wenn du GAte und Drain misst, dann muss das so sein, dass wenn der eine high ist, der andere low ist, denn wenn das gate high ist, schaltet der Fet und demnach ist die Spannung zwischen Drain und Source gegen Null.








BID = 545067

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Willst du ein Signal übertragen oder Leistung ?
Das macht einen gewissen Unterschied und oft ist es von Vorteil, wenn man die beiden Funktionen voneinander trennt.

BID = 545077

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: Graz

Vielen Dank für Eure Antworten!

Ich hatte leider einen Fehler im Schaltkreis, den ich hochgeladen habe: die Widerstände der Spannungsteiler waren schon für einen Aufbau mit 110V dimensioniert. An der Spannungsquelle stand aber immer noch 10V. Habe jetzt unter „Abb. 1 - Kreis“ das Schaltbild meines neuen Kreises hochgeladen, der nach den Anregungen berufsbastlers entstand.

@ berufsbastler:
Deine Antwort hat mir sehr geholfen - danke!
Im neuen Schaltkreis ist der 10k Widerstand nun durch einen für diese Spannung angemessenen ersetzt.
Danke, daß Du mich auf den Treiber aufmerksam gemacht hast! Ich hatte sogar noch einen TC426 da; den habe ich nun verbaut, und der Kreis läuft wie ein Glöckerl!
Vielen Dank auch für Deine Erklärung bez. Phasenverschiebung.

@ Perl:
Ich will das Signal mit Leistungen von nur wenigen Watt übertragen.


Unter „Abb. 2 - Pulsgen“ sieht man die Einstellungen am Funktionsgenerator - unter „Abb. 3 - Oszi“ das resultierende Signal an der Primärspule (bzw. einer Ersatzlast).

Das Tastverhältnis bleibt nun bis in einen Bereich von >150kHz stabil.

Aber ich habe zwei Fragen:

1. Woher könnte die kleine Stufe am Anfang jeder Einzeit kommen? (Gleich im Anschluß an die steigende Flanke.)
2. Wie gleiche ich die Impedanz der Primärspule aus? (--> siehe erster Beitrag)





BID = 545101

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Woher könnte die kleine Stufe am Anfang jeder Einzeit kommen?
Das dürfte auf die Miller-Kaspazität des FET zurückzuführen sein. Mach den Gatewidererstand kleiner, bzw. erhöhe den negativen Steuerstrom, dann sollte auch diese Stufe kürzer werden.


Zitat :
Wie gleiche ich die Impedanz der Primärspule aus?
Überhaupt nicht. Die Impedanz sollte lediglich viel grösser als der auf die Eingangsseite transformierte Lastwiderstand sein.
Wahrscheinlich machst du in dieser Hinsicht einen Fehler, denn wenn der Übertrager keinen Luftspalt hat, verträgt er die Gleichstromvorbelastung deiner Schaltung nicht. Der Kern geht dann in die Sättigung und die Induktivität wird sehr gering. Deshalb wurde dir ja schon weiter oben eine Gegentaktendstufe empfohlen.

Auch bei der Modulaton musst du darauf achten keine Gleichspannungskomponenten zu erzeugen. Dafür eignet sich z.B. FM oder Manchestercodierung.






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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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BID = 545794

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: Graz


Zitat :
Mach den Gatewidererstand kleiner

Ich probiere gerade verschiedene Gatewiderstände aus; klingt plausibel. Danke für den Hinweis.


Zitat :
Überhaupt nicht. Die Impedanz sollte lediglich viel grösser als der auf die Eingangsseite transformierte Lastwiderstand sein.

Ich habe das gerade mal ausgerechnet: der transformierte Lastwiderstand ist schon deutlich geringer als die Impedanz:
\fed\mixon ~1k\Omega:12k\Omega.
Aber dazu habe ich eine Verständnisfrage: ich dachte, daß eine hohe Impedanz der Primärspule den Strom niedrig hält, und damit die übertragbare Leistung stark minimiert. Deshalb wollte ich diese „Spulenimpedanz“ durch einen Kondensator ausgleichen. Verstehe ich da etwas miß?


Zitat :
Wahrscheinlich machst du in dieser Hinsicht einen Fehler, denn wenn der Übertrager keinen Luftspalt hat, verträgt er die Gleichstromvorbelastung deiner Schaltung nicht. Der Kern geht dann in die Sättigung und die Induktivität wird sehr gering.

Ich verwende einen recht wilden Ferrit-Kern (siehe beigeschlossenes Datenblatt), den ich wohl nicht in Sättigung bringe. Oder bin ich dem Kern gegenüber zu vertrauensseelig?


Zitat :
Auch bei der Modulaton musst du darauf achten keine Gleichspannungskomponenten zu erzeugen.

Ich erzeuge die „hochfrequente“ Funktion mit einem Funktionsgenerator, und schneide die Züge dann durch „bursten“ (--> Burstmodus) heraus. Kann es da zu einem Problem bez. Gleichspannungskomponente kommen?


PDF anzeigen


BID = 545799

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
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Zitat :
Deshalb wollte ich diese „Spulenimpedanz“ durch einen Kondensator ausgleichen.
Das kannst du tun, wenn du ein sinusförmiges Signal konstanter Frequenz hast. Dann kannst du mit einem Kondensator auf Resonanz abstimmen und bekommst eine sehr hohe Impedanz.
Du willst aber Impulse übertragen und dazu brauchst du für die Oberwellen viel Bandbreite, also gerade das Gegenteil der schmalbandigen Resonanz.
Ausserdem steigt die Impedanz der Induktivität ja von selbst mit der Frequenz (Oberwellen); bei einer Kapazität hingegen fällt sie.


Zitat :
einen recht wilden Ferrit-Kern (siehe beigeschlossenes Datenblatt), den ich wohl nicht in Sättigung bringe. Oder bin ich dem Kern gegenüber zu vertrauensseelig?
Das kommt auf die Windungszahl und den Spitzenstrom bzw. die Spannungszeitfläche an und natürlich darauf, welchen Kern du verwendest.
Insbesondere bei den Al > 7000 Versionen würde ich mit Sättigung rechnen. Solche Kerne ohne Luftspalt betreibt man gewöhnlich gleichstromfrei.


Zitat :
Kann es da zu einem Problem bez. Gleichspannungskomponente kommen?
Du musst dir darüber im Klaren sein, dass du mit dem Trafo keinen Gleichspannung übertragen kannst und dass sich jegliche Unsymmetrie als Verzerrung des Ausgangssignals äußern wird.

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BID = 546013

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
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Deine Argumentation bez. Impedanzausgleich verstehe ich natürlich. Schande über mich...


Zitat :
Solche Kerne ohne Luftspalt betreibt man gewöhnlich gleichstromfrei.

Mit Gleichstromfreiheit meinst Du, daß das Signal keinen Verschub (offset) hat, oder?
Das Problem ist nämlich, daß mein Kreis (siehe Anhang --> Kreis) bis genau 8V sehr schöne Signale ausgibt (siehe Anhang --> Signal). Darüber gibt er jedoch nur noch Gleichspannung aus. Das liegt daran, daß der Optokoppler nicht ganz auf Grund zieht; und je höher ich aufdrehe, desto größer wird der Verschub. Die Maxima bleiben natürlich bei max. 12V. Das Signal direkt am Kollektor des Optos habe ich als „Opto“ angehängt.
Wie bekomme ich diesen Verschub weg? (Woher kommt er?)





BID = 546040

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
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Zitat :
Mit Gleichstromfreiheit meinst Du, daß das Signal keinen Verschub (offset) hat, oder?
Nein, du schaltest ja den Strom in der Primärwicklung lediglich ein und aus. Im Mittel ergibt das eine Gleichstromkomponente.
Ausserdem wird dadurch Energie im Magnetfeld gespeichert 0,5*L*I2, die ja beim Abschalten irgendwo hin muss. Wenn dafür kein Abnehmer vorhanden ist, zerschiesst sie u.U. den Transistor.


Zitat :
daß mein Kreis (siehe Anhang --> Kreis) bis genau 8V sehr schöne Signale ausgibt
Was für einen "Kreis" meinst du ?

Wenn du einigermassen schnelle Digitalsignale koppeln willst, solltest du dich auch von diesem Optokoppler verabschieden.
Es gibt für kleines Geld wesentlich schnellere Typen, die 1MHz oder 10MHz Digitalsignale übertragen können und dir das Signal nicht aufgrund der Lahmheit des Phototransistors verzerren.


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BID = 547487

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
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Zitat :
Was für einen "Kreis" meinst du ?

Ich meine das Bild „Kreis.jpg“. Das ist ein Schaltplan meines Aufbaues.

Ab ziemlich genau 8V weist der Opto einen Verschub von ca. 1V auf, was für den Treiber dann schon permanent „hoch“ bedeutet. Warum zieht der Opto nicht ganz auf Null runter?
Wenn ich R1 vergrößere, zieht er besser runter, dafür verschleift mir dann natürlich zusehends das Signal. Hilft da ein schnellerer/„besserer“ Opto?

BID = 547540

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
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Zitat :
Warum zieht der Opto nicht ganz auf Null runter?
Weil du für R1 einen irrwitzigen Wert gewählt hast. Der Optokoppler wird das nicht lange überleben.

Ich fürchte so wird das Alles nichts.
Bitte schreib doch mal, möglichst genau, was von links tatsächlich kommt und was rechts ankommen soll.
Warum und in welchem Masse ist auf beiden Seiten die Potentialtrennung erforderlich ?
Bitte ohne dir Gedanken über die Realisierung zu machen !

Normalerweise könnte man mit einem Ferritkern der genannten Größe mehr als 100W übertragen, aber ich fürchte, dass es bei deinen Ansatz nicht einmal 5W werden.

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BID = 547721

uxo

Gerade angekommen


Beiträge: 12
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Ich habe eine bestimmte Rechteckfunktion, die ich in einem Funktionsgenerator erzeuge. Diese soll für die eigentlichen Versuche dann variabel sein, aber im Bereich einiger kHz bis - idealer Weise - einem MHz liegen. (Wenn's mal bis in den dreistelligen kHz-Bereich ginge, wäre das schon ganz in Ordnung.) Dieses Signal ist für die Versuche selbst aber zu schwach, und muß verstärkt werden. Das ist es eigentlich schon. Rechts des Trafos soll dann das originale Signal nur mit deutlich höherer Leistung anliegen. Wichtig dabei ist lediglich, daß das Durchvariieren des Frequenzbandes möglich ist, und sich dabei das Tastverhältnis nicht ändert. (Daß also nicht aus 50:50 plötzlich 70:30 wird, wie ich es bei meinem letzten Aufbau immer hatte.)

Zu den beiden Potentialtrennungen:
Der Trafo ist zwingend erforderlich, weil - wie gesagt - im „Sekundärkreis“ der eigentliche Versuch stattfindet, der voraussichtlich auf einem ganz anderen Potenzial liegen wird.
Der Opto ist „lediglich“ dafür da, den Funktionsgenerator zu schützen. (Der ist nagelneu, gehört der TU, und sein Tod würde zwingend und unmittelbar Meinen zur Folge haben!)

Ich wäre Dir für weitere Hilfe wirklich sehr dankbar...

BID = 547805

perl

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Zitat :
Wichtig dabei ist lediglich, daß das Durchvariieren des Frequenzbandes möglich ist, und sich dabei das Tastverhältnis nicht ändert. (Daß also nicht aus 50:50 plötzlich 70:30 wird
Das wundert mich nicht und es legt zum grossen Teil am ungeeigneten Optokoppler.
Seit mindestens 30 Jahren gibt es schnelle Optokoppler wie 6N135, 6N136, HCPL2502, die für 1Mbit/s gut sind und auch analoge Signale übertragen können.
Ich weiss wirklich nicht, weshalb du dir da so eine langsame Krücke wie den SFH601 (tr=4µs, tf=14µs) ausgesucht hast.


Zitat :
Der Trafo ist zwingend erforderlich, weil - wie gesagt - im „Sekundärkreis“ der eigentliche Versuch stattfindet, der voraussichtlich auf einem ganz anderen Potenzial liegen wird.
Dass die Isolation des Trafos höchstens wenige hundert Volt aushält oder du die Breitbandigkeit opfern musst, ist dir hoffentlich klar.

Ich würde das Signal mit einem schnellen Optokoppler auf die Abnehmerseite übertragen und dort einen Breitbandverstärker installieren, der die gewünschte Ausgangsleistung erzeugt.
Dann kannst du sogar Gleichsignale übertragen.

Falls auf der Abnehmerseite keine geeignete Energiequelle für den Verstärker zur Verfügug steht, dann kannst du dafür immer noch einen gewöhnlichen Spannungswandler basteln oder kaufen - oder einen Netztrafo verwenden.

Als Optokoppler würde ich einen Typ wie den 6N137, HCPL-2601 oder 2602 einsetzen.
Das sind rein digitale Koppler (auch als Mehrkanalversionen zu haben), die es, ursprünglich von Hewlett Packard entwickelt, mittlerweise unter ähnlichen Bezeichnungen auch von anderen Herstellern gibt.
Sie sind ebenso alt wie die oben genannten Typen und können ein Digitalsignal von Gleichstrom bis 10Mbit/s übertragen.

Das dürfte ausreichen, um dir keine Impulsverzerrungen durch die Lahmheit des Kopplers zu bescheren.



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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 10 Sep 2008 15:09 ]

BID = 548099

uxo

Gerade angekommen


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Zitat :
Ich weiss wirklich nicht, weshalb du dir da so eine langsame Krücke wie den SFH601 (tr=4µs, tf=14µs) ausgesucht hast.

Den hatte ich gerade da, und ich dachte, er würde für's Erste reichen. (Daß er nicht einfach das Signal verschleifen würde, sondern gar nicht auf Null zieht, ahnte ich nicht.)


Zitat :
Dass die Isolation des Trafos höchstens wenige hundert Volt aushält oder du die Breitbandigkeit opfern musst, ist dir hoffentlich klar.

Ehrlich gesagt: nicht ganz. Daß die Isolation des Trafos einen endlichen Grenzwert hat ist mir klar, aber daß dieser bei einigen hundert Volt liegt, und was die Breitbandigkeit damit zu tun hat, ist mir nicht ganz klar. Welche Rolle spielt die Breitbandigkeit in diesem Zusammenhang?


Zitat :
Falls auf der Abnehmerseite keine geeignete Energiequelle für den Verstärker zur Verfügug steht, dann kannst du dafür immer noch [...] einen Netztrafo verwenden.

Du meinst, einfach den Verstärker extern über einen Netztrafo zu versorgen, oder? (Nicht den Netztrafo als Ersatz für den Verstärker in den Kreis verbauen?)

Den Opto habe ich nach Deinem letzten Beitrag quasi schon durch einen Neuen ersetzt: ADuM1100. Ich warte nur noch auf die Lieferung von Farnell. Hoffentlich ist dann mal das „nicht auf Null zieh Problem“ vom Tisch.

BID = 548111

perl

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Zitat :
aß die Isolation des Trafos einen endlichen Grenzwert hat ist mir klar, aber daß dieser bei einigen hundert Volt liegt, und was die Breitbandigkeit damit zu tun hat, ist mir nicht ganz klar
Wenn man möglichst breitbandig übertragen will, dann wickelt man einen bifilaren 1:1 Übertrager. Der Preis dafür ist eine hohe Kapazität zwischen den Wicklungen und dass man als Isolationsbarriere lediglich die Lackisolation des Drahtes hat.
Wenn man hohe Spannungen isolieren will, kommt man nicht umhin, dass sich durch dicke Isolationslagen oder gekammerten Aufbau die magnetische Kopplung verschlechtert. Das entspricht einer Induktivität in Reihe mit dem Übertrager und verschlechtert das hochfrequente Verhalten.


Zitat :
Hoffentlich ist dann mal das „nicht auf Null zieh Problem“ vom Tisch.
Bestimmt nicht, wenn du ihn auch so misshandelst und verlangst, dass er 100mA Ausgangsstrom liefern soll. Er wird dann nur schneller kaputt sein.

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